JP2016532689A - Quantitative DNA-based imaging and super-resolution imaging - Google Patents

Quantitative DNA-based imaging and super-resolution imaging Download PDF

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Abstract

本開示は、特に、目的の標的を高空間解像度で画像化するための方法及び組成物(例えば、コンジュゲート)を提供する。【選択図】図2The present disclosure specifically provides methods and compositions (eg, conjugates) for imaging a target of interest with high spatial resolution. [Selection] Figure 2

Description

関連出願
本出願は、米国特許法第119条(e)の下、それぞれ参照により全開示内容が本明細書に組み入れられる、2014年2月1日出願の米国仮特許出願第61/934,759号、2013年9月29日出願の米国仮特許出願第61/884,126号、及び2013年7月30日出願の米国仮特許出願第61/859,891号の優先権を主張するものとする。
RELATED APPLICATIONS This application is a US Provisional Patent Application No. 61 / 934,759, filed February 1, 2014, which is hereby incorporated by reference in its entirety under US Patent Act 119 (e), respectively. , US Provisional Patent Application No. 61 / 884,126 filed on September 29, 2013, and US Provisional Patent Application No. 61 / 859,891 filed on July 30, 2013. To do.

発明の分野
本開示は、概して、標的の検出及び定量の分野に関する。
The present disclosure relates generally to the field of target detection and quantification.

発明の背景
遠視野蛍光顕微鏡法は、従来の回折限界を回避する方法、例えば、超解像顕微鏡法(参照文献1、2)の出現により、大きく進展した。殆どの実装は、蛍光ON状態と蛍光OFF状態との間で分子をスイッチングして個々の分子の連続的な局在化を可能にする。スイッチングは、従来、2つの方法の一方で行われる:「標的」スイッチングは、光の回折よりも小さい領域に蛍光励起を能動的に閉じ込める一方(例えば、誘導放出抑制顕微鏡法又はSTED(参照文献3))、「確率的」スイッチングは、光でスイッチング可能なタンパク質(光活性化局在性顕微鏡法、又はPALM(参照文献4))又は光でスイッチング可能な有機色素(確率的光学再構成顕微鏡又はSTORM(参照文献1))。これらの方法は、改善された空間解像度を提供するが、高価な機器又は非常に専門的な実験条件を必要とし、従って、依然として一般的な生物学実験技術に至っていない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Far-field fluorescence microscopy has made significant progress with the advent of conventional methods that avoid the diffraction limit, such as super-resolution microscopy (refs. 1, 2). Most implementations switch molecules between a fluorescent ON state and a fluorescent OFF state to allow continuous localization of individual molecules. Switching has traditionally been done in one of two ways: “target” switching, while actively confining fluorescence excitation in a region smaller than the diffraction of light (eg, stimulated emission suppression microscopy or STED (reference 3)). )), “Probabilistic” switching refers to light-switchable proteins (photoactivated localization microscopy, or PALM (ref. 4)) or light-switchable organic dyes (probabilistic optical reconstruction microscopy or STORM (Reference 1)). While these methods provide improved spatial resolution, they require expensive equipment or very specialized experimental conditions and thus still have not reached general biological laboratory techniques.

本開示は、特に、例えば、細胞環境における目的の標的(例えば、生体分子)を高又は低空間解像度で画像化するための方法、組成物(例えば、コンジュゲート)、及びキットを提供する。本開示の方法、組成物、及びキットは、短い標識(例えば、蛍光標識)オリゴヌクレオチド(例えば、DNAオリゴヌクレオチド)又は「イメージャー」鎖の相補的な「ドッキング」鎖への反復性の一時的な結合を利用し、この相補的な「ドッキング」鎖は、一部の実施形態では、介在分子、例えば、抗体、例えば、一次又は二次抗体によって目的の標的に取り付けられて、蛍光ON状態と蛍光OFF状態との間で確率的スイッチを形成する(図1A及び図1B)。非結合状態では、部分的に消光された(参考文献8)イメージャー鎖(imager strand)からのバックグラウンド蛍光のみが観察される(図1Aの非結合イメージャー鎖の暗い蛍光によって示される)。これは、「OFF」状態と見なされる。イメージャー鎖の結合及び固定時に、蛍光発光が、例えば、全内部反射(TIR)又は薄層斜光照明法(HILO)(参考文献9)を用いて検出される。これは、「ON」状態と見なされる。一般に、本明細書に記載される方法、組成物、及びキットは、イメージングの解像度、従って、検出の感度を高める。一部の態様では、本明細書に記載される方法、組成物、及びキットはまた、限定されるものではないが、例えば、天然生体分子を含む目的の標的を検出するための特異性、及びこの検出に使用できる利用可能なフルオロフォアの数も増大させる。   The present disclosure specifically provides methods, compositions (eg, conjugates), and kits for imaging, for example, a target of interest (eg, a biomolecule) in a cellular environment at high or low spatial resolution. The disclosed methods, compositions, and kits provide repetitive transients of short labeled (eg, fluorescently labeled) oligonucleotides (eg, DNA oligonucleotides) or “imager” strands to complementary “docking” strands. This complementary “docking” strand, in some embodiments, is attached to the target of interest by an intervening molecule, eg, an antibody, eg, a primary or secondary antibody, in some embodiments, A stochastic switch is formed between the fluorescence OFF state (FIGS. 1A and 1B). In the unbound state, only background fluorescence from the partially quenched imager strand is observed (indicated by the dark fluorescence of the unbound imager strand in FIG. 1A). This is considered an “OFF” state. Upon binding and immobilization of the imager chain, fluorescence emission is detected using, for example, total internal reflection (TIR) or thin layer oblique illumination (HILO) (Ref. 9). This is considered an “ON” state. In general, the methods, compositions, and kits described herein increase the resolution of imaging and thus the sensitivity of detection. In some aspects, the methods, compositions, and kits described herein are also not limited to, for example, specificity for detecting a target of interest, including natural biomolecules, and It also increases the number of available fluorophores that can be used for this detection.

短いドッキング鎖を結合パートナー(例えば、一次でも二次でも良い、タンパク質−結合部分又は核酸−結合部分)、例えば、一次抗体及び二次抗体を含む抗体に連結することにより、異なる種の標的(例えば、任意選択で細胞環境にある、生体分子)を標識して、ドッキング鎖に相補的であって一時的なワトソン−クリック相互作用によってこのドッキング鎖に結合する蛍光標識イメージャー鎖を導入することにより後に検出することができる。既存の検出方法とは異なり、本開示の方法は、異なる標的(例えば、生体分子)の検出に利用可能なスペクトルが異なるフルオロフォアの数によって制限されない。むしろ、本明細書では、核酸(例えば、DNA及び/又はRNA)分子がプログラム可能であること及び連続的なタイムラプスイメージングを使用して、一部の実施形態では、単一の最適化フルオロフォアのみを用いて、最大数百もの異なる種の標的の画像を提供する。さらに、これらの異なる種の標的(例えば、生体分子)は、単一蛍光標識イメージャー鎖のそれらの相補的な標的ドッキング鎖への結合の予測可能なキネティクスを用いて定量することができる。   By linking the short docking strand to a binding partner (eg, a protein-binding moiety or a nucleic acid-binding moiety, which may be primary or secondary), eg, an antibody comprising a primary antibody and a secondary antibody (eg By introducing a fluorescently labeled imager strand that is complementary to the docking strand and binds to this docking strand by temporary Watson-Crick interactions, optionally in a cellular environment) It can be detected later. Unlike existing detection methods, the methods of the present disclosure are not limited by the number of different fluorophores available for detection of different targets (eg, biomolecules). Rather, herein, nucleic acid (eg, DNA and / or RNA) molecules are programmable, and using continuous time-lapse imaging, in some embodiments, only a single optimized fluorophore. Is used to provide images of up to hundreds of different species of targets. Furthermore, these different species of targets (eg, biomolecules) can be quantified using the predictable kinetics of binding of single fluorescently labeled imager strands to their complementary target docking strands.

場合によっては、この方法を使用して、超解像顕微鏡を全く必要とすることなく、超解像度画像を形成することができる。本明細書に記載される方法、組成物、及びキットは、超解像イメージングでの使用について説明することができるが、これらは、一部の実施形態では、超解像を必要としないイメージングにも使用することができることを理解されたい。従って、一部の実施形態では、本開示の方法、組成物、及びキットは、一般に、イメージングに使用することができる。   In some cases, this method can be used to form super-resolution images without the need for any super-resolution microscope. Although the methods, compositions, and kits described herein can be described for use in super-resolution imaging, these are in some embodiments for imaging that does not require super-resolution. It should be understood that can also be used. Thus, in some embodiments, the methods, compositions and kits of the present disclosure can generally be used for imaging.

一部の態様では、相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合することができるドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲートが本明細書に記載される。一部の態様では、相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合するドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲートが本明細書に記載される。イメージャー鎖は、一部の実施形態では、検出可能な標識で標識される。検出可能な標識は、例えば、蛍光標識又は他の検出可能な標識、例えば、金ナノ粒子であり得る。本明細書の様々な態様及び実施形態は、蛍光標識イメージャー鎖について言及するが、このような蛍光標識は、多くの場合、他の検出可能な標識で置き換えることができることを理解されたい。従って、一部の実施形態では、蛍光標識イメージャー鎖(例えば、蛍光顕微鏡法で検出することができる)は、例えば、金ナノ粒子(例えば、暗視野顕微鏡法で検出することができる)で標識されたイメージャー鎖で置き換えることができる。また、ドッキング鎖は、複数の相補的な標識鎖に一時的に結合することができる(例えば、ドッキング鎖は、相補的な標識鎖のための複数の結合部位を備えることができる)ことを理解されたい。   In some aspects, described herein are protein-nucleic acid conjugates comprising a protein linked to a docking strand that can temporarily bind to a complementary labeled imager strand. In some aspects, described herein are protein-nucleic acid conjugates comprising a protein linked to a docking strand that temporarily binds to a complementary labeled imager strand. The imager strand is labeled with a detectable label in some embodiments. The detectable label can be, for example, a fluorescent label or other detectable label, such as gold nanoparticles. Although various aspects and embodiments herein refer to fluorescently labeled imager strands, it should be understood that such fluorescent labels can often be replaced with other detectable labels. Thus, in some embodiments, fluorescently labeled imager chains (eg, which can be detected with fluorescence microscopy) are labeled with, for example, gold nanoparticles (eg, which can be detected with dark field microscopy). Can be replaced with the imager chain. Also, it is understood that the docking strand can temporarily bind to multiple complementary label strands (eg, the docking strand can comprise multiple binding sites for complementary label strands). I want to be.

一部の実施形態では、複数のドッキング鎖とイメージャー鎖の対を用いる方法を行うことができる。このような方法は、複数の標的を検出するために使用することができる(例えば、ドッキング鎖−イメージャー鎖の各対が1つの標的に対応する)。複数のドッキング鎖−イメージャー鎖の対は、単一の環境又は条件(例えば、温度、塩濃度、鎖の濃度などによって定義される)下でハイブリダイズするほぼ等しい確率を共有しなければならないため、イメージャー鎖の集団の結合レベル(従って、検出)間に差異が観察されると、最終使用者は、このような差異が、ドッキング鎖の量、従って、最終的には標的の量の関数であると結論付けることができる。一部の実施形態では、ドッキング鎖及びイメージャー鎖は、典型的には、それらの結合状態が、約+/−0.5kcal/molの範囲の熱安定性を有するように選択される。この範囲の熱安定性では、これらの多重化方法に使用される少なくとも200の直交(例えば、異なる)配列を選択することが可能である。   In some embodiments, methods using multiple docking strand and imager strand pairs can be performed. Such methods can be used to detect multiple targets (eg, each docking strand-imager strand pair corresponds to one target). Multiple docking strand-imager strand pairs must share an approximately equal probability of hybridizing under a single environment or condition (eg, defined by temperature, salt concentration, strand concentration, etc.) Once a difference is observed between the binding levels (and hence detection) of the population of imager strands, the end user can determine that such differences are a function of the amount of docking strands and hence ultimately the amount of target. It can be concluded that In some embodiments, the docking strand and the imager strand are typically selected such that their binding state has a thermal stability in the range of about +/− 0.5 kcal / mol. With this range of thermal stability, it is possible to select at least 200 orthogonal (eg, different) sequences used in these multiplexing methods.

一部の実施形態では、タンパク質は、抗体、例えば、一次抗体若しくは二次抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。   In some embodiments, the protein is an antibody, eg, a primary or secondary antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer.

一部の実施形態では、タンパク質は、介在リンカーによってドッキング鎖に連結される。一部の実施形態では、介在リンカーは、ビオチン及びストレプトアビジンを含む。   In some embodiments, the protein is linked to the docking strand by an intervening linker. In some embodiments, the intervening linker comprises biotin and streptavidin.

一部の実施形態では、抗体は、モノクローナル抗体である。   In some embodiments, the antibody is a monoclonal antibody.

一部の実施形態では、相補的な蛍光標識イメージャー鎖は、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, the complementary fluorescently labeled imager strand comprises at least one fluorophore.

一部の実施形態では、任意選択で蛍光標識される、相補的な標識イメージャー鎖は、約4〜約30ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。一部の実施形態では、相補的な標識イメージャー鎖は、30を超えるヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, the complementary labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, is about 4 to about 30 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length. In some embodiments, the complementary labeled imager strand is more than 30 nucleotides in length.

本明細書に記載されるこの態様及び他の態様並びに実施形態では、ドッキング鎖は、複数のドメインを含み、各ドメインは、標識イメージャー鎖に相補的である。ドメインは、配列が同一であっても良く(従って、同一のイメージャー鎖に結合する)、又は異なる配列であっても良い(従って、同一に標識されていないイメージャー鎖に結合することができる)。このようなドメインは、本明細書では、イメージャー鎖の結合部位とも呼ばれることもある。   In this and other aspects and embodiments described herein, the docking strand comprises a plurality of domains, each domain being complementary to a labeled imager strand. Domains can be identical in sequence (and thus bind to the same imager strand) or can be different sequences (and thus bind to imager strands that are not identically labeled). ). Such domains are sometimes referred to herein as imager chain binding sites.

一部の実施形態では、ドッキング鎖は、少なくとも2つ又は少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインはそれぞれ、標識イメージャー鎖に相補的である。   In some embodiments, the docking strand comprises at least two or at least three domains, each domain being complementary to a labeled imager strand.

一部の態様では、少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートに結合する標的が本明細書に記載される。   In some aspects, a target that binds to at least one protein-nucleic acid conjugate is described herein.

一部の実施形態では、標的はタンパク質である。一部の実施形態では、標的は核酸(例えば、DNA又はRNA)である。   In some embodiments, the target is a protein. In some embodiments, the target is a nucleic acid (eg, DNA or RNA).

一部の態様では、複数のタンパク質−核酸コンジュゲートが本明細書に記載される。一部の実施形態では、その複数は、タンパク質−核酸コンジュゲートの少なくとも2つのサブセットを含み、各サブセットのタンパク質−核酸コンジュゲートは、異なる標的に結合する。   In some aspects, a plurality of protein-nucleic acid conjugates are described herein. In some embodiments, the plurality comprises at least two subsets of protein-nucleic acid conjugates, each subset of protein-nucleic acid conjugates binding to a different target.

一部の態様では、複数のタンパク質−核酸コンジュゲートを含む組成物又はキットが本明細書に記載され、任意選択で、タンパク質−核酸コンジュゲートの少なくとも1つが、少なくとも1つの標的に結合する。   In some aspects, a composition or kit comprising a plurality of protein-nucleic acid conjugates is described herein, and optionally at least one of the protein-nucleic acid conjugates binds to at least one target.

一部の態様では、ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートを含む組成物又はキットが本明細書に記載され、任意選択で、この少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートは、標的、及び任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの相補的な標識イメージャー鎖に結合し、この相補的な標識イメージャー鎖は、少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートに一時的に結合する(又は一時的に結合することができる)。   In some aspects, a composition or kit comprising at least one protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand is described herein, and optionally the at least one protein-nucleic acid conjugate. Binds to the target and optionally at least one complementary labeled imager strand that is fluorescently labeled, and this complementary labeled imager strand is temporarily bound to at least one protein-nucleic acid conjugate. (Or can be temporarily combined).

一部の実施形態では、組成物又はキットは、任意選択で蛍光標識される、少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖を含み、この少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖は同一である。一部の実施形態では、組成物又はキットは、少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖を含み、この少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖は異なる。   In some embodiments, the composition or kit comprises at least two complementary labeled imager strands, optionally fluorescently labeled, wherein the at least two complementary labeled imager strands are the same. In some embodiments, the composition or kit comprises at least two complementary labeled imager strands, the at least two complementary labeled imager strands being different.

一部の実施形態では、任意選択で蛍光標識される、相補的な標識イメージャー鎖の数は、タンパク質−核酸コンジュゲートの数よりも少ないか、多いか、又は等しい。   In some embodiments, the number of complementary labeled imager strands, optionally fluorescently labeled, is less than, greater than or equal to the number of protein-nucleic acid conjugates.

一部の実施形態では、組成物又はキットは、任意選択で蛍光標識される、少なくとも2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、9つ、又は10の異なる相補的な標識イメージャー鎖を含む。一部の実施形態では、組成物又はキットは、少なくとも50又は少なくとも100の異なる相補的な蛍光標識イメージャー鎖を含む。   In some embodiments, the composition or kit is at least two, three, four, five, six, seven, nine, or ten different complementary, optionally fluorescently labeled. Includes a labeled imager chain. In some embodiments, the composition or kit comprises at least 50 or at least 100 different complementary fluorescently labeled imager strands.

一部の態様では、(例えば、1つ以上の)ドッキング鎖及び(例えば、1つ以上の)イメージャー鎖を含む組成物又はキットが本明細書に記載される。ドッキング鎖は、親和性標識を含むように改変することができ、これにより、後のこのドッキング鎖の1つ以上の結合パートナー、例えば、抗体への付着が容易になる。例えば、ドッキング鎖は、ビオチン化しても良く、又はアビジン若しくはストレプトアビジンに取り付けても良い。代わりに他の親和性標識も使用することができる。イメージャー鎖は、標識、例えば、蛍光標識することができる。イメージャー鎖は、(例えば、配列及び標識について)複数の同一のイメージャー鎖であっても良く、又は(例えば、配列及び標識について)複数の異なるイメージャー鎖であっても良い。この組成物又はキットは、標的特異的結合パートナー、例えば、抗体をさらに含み得る。構成要素は、互いに結合しても良く、又はこのような組成物及びキット内で互いに物理的に分離されることを含め、結合しなくても良いことを理解されたい。これら及び他の組成物及びキットは、脱酸素剤を含む1つ以上の緩衝剤をさらに含み得る。   In some aspects, described herein are compositions or kits that include (eg, one or more) docking strands and (eg, one or more) imager strands. The docking chain can be modified to include an affinity label, which facilitates subsequent attachment of the docking chain to one or more binding partners, eg, antibodies. For example, the docking strand may be biotinylated or attached to avidin or streptavidin. Alternatively, other affinity labels can be used. The imager strand can be labeled, eg, fluorescently labeled. The imager strand may be a plurality of identical imager strands (eg, for sequences and labels) or a plurality of different imager strands (eg, for sequences and labels). The composition or kit may further comprise a target specific binding partner, eg, an antibody. It should be understood that the components may be coupled together, or may not be coupled, including being physically separated from each other in such compositions and kits. These and other compositions and kits can further include one or more buffering agents including oxygen scavengers.

一部の態様では、抗体−核酸コンジュゲートを含む組成物又はキットが本明細書に記載され、この抗体は、抗体に対する特性、典型的には、特定の種に由来する抗体の特定のアイソタイプ又はFcドメインに対する特異性を有する「二次抗体」である(例えば、ヒトIgG1抗体に特異的なマウス抗体)。コンジュゲート中の核酸は、本明細書に記載されるようにドッキング鎖である。この組成物又はキットは、本明細書に記載されるように、1つ以上のイメージャー鎖(又はイメージャー鎖の1つ以上のサブセット若しくは集団)をさらに含み得る。これら及び他の組成物及びキットは、脱酸素剤を含む1つ以上の緩衝剤をさらに含み得る。   In some aspects, described herein are compositions or kits comprising antibody-nucleic acid conjugates, wherein the antibody is characterized by properties to the antibody, typically a particular isotype of an antibody from a particular species or A “secondary antibody” having specificity for an Fc domain (eg, a mouse antibody specific for a human IgG1 antibody). The nucleic acid in the conjugate is a docked strand as described herein. The composition or kit may further comprise one or more imager strands (or one or more subsets or populations of imager strands) as described herein. These and other compositions and kits can further include one or more buffering agents including oxygen scavengers.

一部の態様では、本開示は、任意選択で蛍光標識される、相補的な標識イメージャー鎖に結合されるドッキング鎖に連結されたモノクローナル抗体を含む抗体−DNAコンジュゲートを提供し、この抗体及びドッキング鎖はそれぞれ、ビオチン化され、アビジン若しくはストレプトアビジンリンカー又はビオチン−ストレプトアビジンリンカーによって互いに連結される。   In some aspects, the disclosure provides an antibody-DNA conjugate comprising a monoclonal antibody linked to a docking strand that is optionally fluorescently labeled and attached to a complementary labeled imager strand. And the docking strand are each biotinylated and linked together by an avidin or streptavidin linker or a biotin-streptavidin linker.

一部の態様では、任意選択で蛍光標識される、相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合されるドッキング鎖に連結された核酸アプタマーを含むアプタマー−核酸コンジュゲートが本明細書に記載される。   In some aspects, described herein are aptamer-nucleic acid conjugates comprising a nucleic acid aptamer linked to a docking strand that is optionally fluorescently labeled and temporarily attached to a complementary labeled imager strand. The

一部の態様では、サンプル中の標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、サンプルを(a)ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲート及び(b)この少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及びこの少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、このサンプル中の標的に結合するか否かを決定するステップを含む。一部の実施形態では、この決定するステップは、少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖の、少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を画像化するステップを含む。   In some aspects, a method for detecting a target in a sample is described herein, the method comprising: (a) at least one protein-nucleic acid conjugate comprising (a) a protein linked to a docking strand; b) contacting at least one fluorescently labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one protein-nucleic acid conjugate; and the at least one protein- Determining whether the nucleic acid conjugate binds to a target in the sample. In some embodiments, the determining step comprises imaging the temporary binding of at least one fluorescently labeled imager strand to the docking strand of at least one protein-nucleic acid conjugate.

一部の態様では、サンプル中の標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、サンプルを(a)ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲート及び(b)この少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及びこの少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖の、少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を、任意選択でタイムラプスイメージングを用いて画像化するステップを含む。   In some aspects, a method for detecting a target in a sample is described herein, the method comprising: (a) at least one protein-nucleic acid conjugate comprising (a) a protein linked to a docking strand; b) contacting at least one fluorescently labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one protein-nucleic acid conjugate, and the at least one fluorescent label Temporary binding of the imager strand to the docking strand of the at least one protein-nucleic acid conjugate optionally includes imaging using time lapse imaging.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。一部の実施形態では、抗体はモノクローナル抗体である。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. In some embodiments, the antibody is a monoclonal antibody.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、介在リンカーを介してドッキング鎖に連結される。一部の実施形態では、介在リンカーは、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. In some embodiments, the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin.

一部の実施形態では、相補的な蛍光標識イメージャー鎖は、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, the complementary fluorescently labeled imager strand comprises at least one fluorophore.

一部の実施形態では、任意選択で蛍光標識される、相補的な標識イメージャー鎖は、約4〜約10ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, the complementary labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, is about 4 to about 10 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length.

一部の実施形態では、サンプルは、細胞又は細胞溶解物である。   In some embodiments, the sample is a cell or cell lysate.

一部の実施形態では、標的はタンパク質である。一部の実施形態では、標的は核酸(例えば、DNA又はRNA)である。   In some embodiments, the target is a protein. In some embodiments, the target is a nucleic acid (eg, DNA or RNA).

一部の実施形態では、標的は、細胞又は細胞溶解物から得られる。   In some embodiments, the target is obtained from a cell or cell lysate.

一部の態様では、サンプル中の少なくとも1つ又は少なくとも2つの標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、サンプルを(a)ドッキング鎖に連結されたタンパク質をそれぞれ含む少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲート及び(b)この少なくとも1つ又は少なくとも2つの異なるタンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つの標識された(任意選択で、スペクトルが異なるか、又は蛍光標識されるか、又はスペクトルが異なって蛍光標識される)イメージャー鎖に接触させるステップ、及び少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、サンプル中の少なくとも2つの標的に結合するか否かを決定するステップを含む。一部の実施形態では、決定するステップは、次の順序で、少なくとも2つの標識イメージャー鎖の1つの、少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を画像化して、(例えば、蛍光信号の)第1の画像を形成するステップ、及び少なくとも2つの標識イメージャー鎖のもう1つの、少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのもう1つのドッキング鎖への一時的な結合を画像化して、少なくとも1つの(例えば、蛍光信号の)別の画像を形成するステップを含む。一部の実施形態では、この方法は、第1の画像と少なくとも1つの他の画像とを組み合わせて信号(例えば、蛍光信号)の合成画像を形成するステップをさらに含み、この合成画像の信号は、少なくとも2つの標的を表す。   In some aspects, a method for detecting at least one or at least two targets in a sample is described herein, the method comprising: (a) at least two proteins each comprising a protein linked to a docking strand. Two protein-nucleic acid conjugates and (b) at least two labels that are complementary to and temporarily bind to the respective docking strands of the at least one or at least two different protein-nucleic acid conjugates. Contacting the imager strand (optionally, the spectra are different or fluorescently labeled, or the spectra are differently fluorescently labeled), and at least two protein-nucleic acid conjugates in the sample Determining whether to bind to at least two targets Including. In some embodiments, the determining step images temporal binding of at least two labeled imager strands to the docking strand of at least two protein-nucleic acid conjugates in the following order: Forming a first image (e.g., of a fluorescent signal) and temporary binding of at least two labeled imager strands to another docking strand of at least two protein-nucleic acid conjugates. Imaging to form at least one other image (eg, of a fluorescent signal). In some embodiments, the method further comprises combining the first image and at least one other image to form a composite image of a signal (eg, a fluorescent signal), the composite image signal being Represents at least two targets.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。一部の実施形態では、抗体はモノクローナル抗体である。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. In some embodiments, the antibody is a monoclonal antibody.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、介在リンカーを介してドッキング鎖に連結される。一部の実施形態では、介在リンカーは、ビオチン及びストレプトアビジンを含む。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. In some embodiments, the intervening linker comprises biotin and streptavidin.

一部の実施形態では、少なくとも2つのスペクトルの異なる蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれは、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, each of the at least two different spectrally labeled imager strands comprises at least one fluorophore.

一部の実施形態では、任意選択でスペクトルが異なり蛍光標識される、少なくとも2つの標識イメージャー鎖のそれぞれは、約4〜約10ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, each of the at least two labeled imager strands, optionally spectrally different and fluorescently labeled, is about 4 to about 10 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length.

一部の実施形態では、サンプルは、細胞又は細胞溶解物である。   In some embodiments, the sample is a cell or cell lysate.

一部の実施形態では、少なくとも2つの標的はタンパク質である。一部の実施形態では、少なくとも2つの標的は核酸(例えば、DNA又はRNA)である。   In some embodiments, at least two targets are proteins. In some embodiments, the at least two targets are nucleic acids (eg, DNA or RNA).

一部の実施形態では、少なくとも2つの標的は、細胞又は細胞溶解物から得られる。   In some embodiments, the at least two targets are obtained from cells or cell lysates.

一部の態様では、サンプル中の少なくとも1つ又は少なくとも2つのタンパク質標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、(a)サンプルを、ドッキング鎖に連結されたタンパク質をそれぞれ含む少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ及び(b)連続してこのサンプルを、この少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つの標識された(例えば、任意選択で、スペクトルが異なるか、又は蛍光標識されるか、又はスペクトルが異なり蛍光標識される)イメージャー鎖に接触させるステップ、並びに少なくとも1つ又は少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、サンプル中の少なくとも2つの標的に結合するか否かを決定するステップを含む。一部の実施形態では、この方法は、次の順序で、サンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲート及び少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して第1の画像を得るステップ、第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップを含む。   In some aspects, described herein is a method for detecting at least one or at least two protein targets in a sample, the method comprising (a) a sample, each with a protein linked to a docking strand. Contacting the at least two protein-nucleic acid conjugates; and (b) sequentially adding the sample to and complementary to the respective docking strands of the at least two protein-nucleic acid conjugates. Contacting at least two labeled (eg, optionally, spectrally different, fluorescently labeled, or spectrally different fluorescently labeled) imager strands that bind to said at least one or At least two protein-nucleic acid conjugates are present in the sample In comprising the step of determining whether to bind to at least two targets. In some embodiments, the method comprises contacting the sample with the first protein-nucleic acid conjugate and at least one other protein-nucleic acid conjugate in the following order: Contacting a first labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, complementary to and temporarily bound to the docking strand of the protein-nucleic acid conjugate, optionally time-lapse imaging To image the sample to obtain a first image, to remove the first labeled imager strand, to make the sample complementary to the docking strand of at least one other protein-nucleic acid conjugate And at least one other label image that temporarily binds to the docking strand Step contacting the over chain, and using the time-lapse imaging Optionally, the sample was imaged comprises the step of obtaining at least one other image.

一部の実施形態では、方法は、次の順序で、サンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して第1の画像を得るステップ、第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップを含む。   In some embodiments, the method comprises contacting the sample with the first protein-nucleic acid conjugate in the following order, wherein the sample is complementary to the docking strand of the first protein-nucleic acid conjugate. And contacting the first labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, optionally binding temporarily to the docking strand, optionally using time-lapse imaging to image the sample to a first Obtaining an image of the step, removing the first labeled imager strand, contacting the sample with at least one other protein-nucleic acid conjugate, and subjecting the sample to at least one other protein-nucleic acid conjugate. Complementary to and temporarily bound to the docking strand of the gate, Is fluorescently labeled with meaning selection comprises obtaining step into contact with at least one other label imager chain, and using the time-lapse imaging, optionally, at least one other image of this sample is imaged.

一部の実施形態では、方法は、第1のタンパク質−DNAコンジュゲートが第1の標的に結合するか否か、及び/又は少なくとも1つの他のタンパク質−DNAコンジュゲートが少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップをさらに含む。   In some embodiments, the method comprises determining whether the first protein-DNA conjugate binds to the first target and / or at least one other protein-DNA conjugate is at least one other target. The method further includes the step of determining whether or not to bind to.

一部の実施形態では、方法は、第1の画像の信号(例えば、蛍光信号)に疑似カラーを割り当てるステップ、及び少なくとも1つの他の画像の蛍光信号に少なくとも1つの他の疑似カラーを割り当てるステップをさらに含む。   In some embodiments, the method assigns a pseudo color to a first image signal (eg, a fluorescence signal) and assigns at least one other pseudo color to a fluorescence signal of at least one other image. Further included.

一部の実施形態では、方法は、第1の画像と少なくとも1つの他の画像とを組み合わせて疑似カラー信号の合成画像を形成するステップをさらに含み、この合成画像の疑似カラー信号は、少なくとも2つの標的を表す。   In some embodiments, the method further comprises combining the first image and at least one other image to form a composite image of the pseudo color signal, the pseudo color signal of the composite image being at least 2 Represents one target.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。一部の実施形態では、抗体はモノクローナル抗体である。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. In some embodiments, the antibody is a monoclonal antibody.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、介在リンカーを介してドッキング鎖に連結される。一部の実施形態では、介在リンカーは、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. In some embodiments, the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin.

一部の実施形態では、蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれは、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, each of the fluorescently labeled imager strands includes at least one fluorophore.

一部の実施形態では、蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれは、約4〜約30ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, each fluorescently labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length.

一部の実施形態では、サンプルは細胞又は細胞溶解物である。   In some embodiments, the sample is a cell or cell lysate.

一部の実施形態では、標的はタンパク質である。一部の実施形態では、標的は核酸(例えば、DNA又はRNA)である。   In some embodiments, the target is a protein. In some embodiments, the target is a nucleic acid (eg, DNA or RNA).

一部の実施形態では、標的は、細胞又は細胞溶解物から得られる。   In some embodiments, the target is obtained from a cell or cell lysate.

一部の態様では、任意選択で天然生体分子である標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、任意選択で天然生体分子である少なくとも1つの標的を含むサンプルを(a)任意選択でそれぞれ、ドッキング鎖に連結されたタンパク質又は核酸を含む、少なくとも1つのBP−NAコンジュゲート及び(b)この少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及びこの少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートが、サンプル中の、任意選択で天然生体分子である少なくとも1つの標的に結合するか否かを決定するステップを含む。本明細書に記載されるこの及び他の態様又は実施形態では、この方法は、少なくとも1つの標的を含む疑いのあるサンプルを用いて、又はサンプルが標的を含む可能性についての事前知識の一切ない、最終使用者が少なくとも1つの標的の存在についての分析を望むサンプルを用いて行うことができることを理解されたい。   In some aspects, a method for detecting a target that is optionally a natural biomolecule is described herein, the method optionally comprising: (a) a sample comprising at least one target that is optionally a natural biomolecule; At least one BP-NA conjugate, each optionally comprising a protein or nucleic acid linked to the docking strand, and (b) complementary to the docking strand of the at least one BP-NA conjugate and the docking Contacting the at least one labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, temporarily bound to the strand, and the at least one BP-NA conjugate is optionally a natural biomolecule in the sample Determining whether to bind to at least one target that is In this and other aspects or embodiments described herein, the method uses any sample suspected of containing at least one target or no prior knowledge about the likelihood that the sample will contain the target. It should be understood that this can be done with a sample that the end user desires to analyze for the presence of at least one target.

一部の実施形態では、決定するステップは、任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの標識イメージャー鎖の、少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を画像化するステップを含む。   In some embodiments, the determining step images the temporal binding of at least one labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, to the docking strand of at least one BP-NA conjugate. Includes steps.

一部の実施形態では、サンプルは細胞又は細胞溶解物である。   In some embodiments, the sample is a cell or cell lysate.

一部の実施形態では、任意選択で天然生体分子である少なくとも1つの標的は、細胞又は細胞溶解物から得られる。   In some embodiments, at least one target, optionally a natural biomolecule, is obtained from a cell or cell lysate.

一部の実施形態では、タンパク質は、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。一部の実施形態では、抗体はモノクローナル抗体である。   In some embodiments, the protein is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. In some embodiments, the antibody is a monoclonal antibody.

一部の実施形態では、タンパク質は、介在リンカーを介してドッキング鎖に連結される。一部の実施形態では、介在リンカーは、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む。   In some embodiments, the protein is linked to the docking strand via an intervening linker. In some embodiments, the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin.

一部の実施形態では、核酸は核酸アプタマーである。   In some embodiments, the nucleic acid is a nucleic acid aptamer.

一部の実施形態では、蛍光標識イメージャー鎖は、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, the fluorescently labeled imager strand includes at least one fluorophore.

一部の実施形態では、任意選択で蛍光標識されるイメージャー鎖は、約4〜約30ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, the optionally fluorescently labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length.

一部の態様では、任意選択で天然生体分子である標的を検出する方法が本明細書に記載され、この方法は、任意選択で天然生体分子である少なくとも2つの標的を含むサンプルを(a)任意選択でそれぞれ、DNAドッキング鎖に連結されたタンパク質又は核酸を含む、少なくとも2つの異なるBP−NAコンジュゲート及び(b)この少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、少なくとも2つの標識(任意選択で、スペクトルが異ならないか、又は蛍光標識されるか、又はスペクトルが異なって蛍光標識される)イメージャー鎖に接触させるステップ、及びこの少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートが、サンプル中の少なくとも1つ又は少なくとも2つの天然生体分子に結合するか否かを決定するステップを含む。   In some aspects, a method for detecting a target that is optionally a natural biomolecule is described herein, the method comprising: (a) a sample comprising at least two targets that are optionally natural biomolecules. At least two different BP-NA conjugates, each optionally comprising a protein or nucleic acid linked to a DNA docking strand, and (b) complementary to the respective docking strand of the at least two BP-NA conjugates And at least two labels (optionally not spectrally different, fluorescently labeled, or spectrally differently fluorescently labeled) imager strands that bind temporarily to the docking strand And at least one or fewer of the at least two BP-NA conjugates in the sample Both comprising the step of determining whether the bind two natural biomolecules.

一部の実施形態では、方法は、次の順序で、サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲート及び少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して第1の画像を得るステップ、第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップを含む。   In some embodiments, the method comprises contacting the sample with the first BP-NA conjugate and at least one other BP-NA conjugate in the following order: -Contacting the first labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, complementary to and temporarily binding to the docking strand of the NA conjugate, optionally time-lapse imaging Using to image the sample to obtain a first image, to remove the first labeled imager strand, the sample is complementary to the docking strand of at least one other BP-NA conjugate. At least one other label image, optionally and fluorescently labeled, that is temporarily attached to the docking strand Step contacting the over chain, and using the time-lapse imaging Optionally, the sample was imaged comprises the step of obtaining at least one other image.

一部の実施形態では、方法は、次の順序で、サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して第1の画像を得るステップ、第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、このサンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択で蛍光標識される、少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、このサンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップを含む。   In some embodiments, the method comprises contacting the sample with the first BP-NA conjugate in the following order, wherein the sample is complementary to the docking strand of the first BP-NA conjugate. And contacting the first labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, optionally binding temporarily to the docking strand, optionally using time-lapse imaging to image the sample to a first Obtaining an image of the first step, removing the first labeled imager strand, contacting the sample with at least one other BP-NA conjugate, and subjecting the sample to at least one other BP-NA conjugate. Optionally fluorescently labeled, complementary to the docking strand of the gate and temporarily binding to this docking strand At least one step of contacting the other label imager chain, and using the time-lapse imaging Optionally, the sample was imaged comprises the step of obtaining at least one other image.

一部の実施形態では、方法は、第1のタンパク質DNAコンジュゲートが、任意選択で天然性多分子である第1の標的に結合するか否か、及び/又は少なくとも1つの他のタンパク質−DNAコンジュゲートが、任意選択で天然生体分子である少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップをさらに含む。   In some embodiments, the method determines whether the first protein DNA conjugate binds to a first target that is optionally a natural multi-molecule and / or at least one other protein-DNA. The method further includes determining whether the conjugate binds to at least one other target, which is optionally a natural biomolecule.

一部の実施形態では、方法は、第1の画像の信号(例えば、蛍光信号)に疑似カラーを割り当てるステップ、及び少なくとも1つの他の画像の信号(例えば、蛍光信号)に少なくとも1つの他の疑似カラーを割り当てるステップをさらに含む。   In some embodiments, the method assigns a pseudo color to a first image signal (eg, a fluorescent signal) and at least one other image signal (eg, a fluorescent signal). The method further includes assigning a pseudo color.

一部の実施形態では、方法は、第1の画像と少なくとも1つの他の画像とを組み合わせて疑似カラー信号の合成画像を形成するステップをさらに含み、この合成画像の疑似カラー信号が、少なくとも1つ又は少なくとも2つの標的(例えば天然生体分子)を表す。   In some embodiments, the method further includes combining the first image and at least one other image to form a composite image of the pseudo color signal, the pseudo color signal of the composite image being at least one. Represents one or at least two targets (eg natural biomolecules).

一部の態様では、試験サンプル中の標的の数を決定する方法が本明細書に記載され、この方法は、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖に直接又は間接的に一時的に結合する標的を含むサンプルを得るステップ、このサンプルの、任意選択でタイムラプス回折限界蛍光画像であるタイムラプス画像を得るステップ、回折限界画像に対してスポット検出(例えば、蛍光スポット検出)及び局在化(例えば、ガウスフィッティングの使用による)を行ってサンプルの高解像度画像を得るステップ、任意選択で既知の数の標的を含む対照サンプルを用いて、kon・cimagerを較正するステップであって、konが二次会合定数であり、かつcimagerが試験サンプル中の標識(例えば、蛍光標識)イメージャー鎖の濃度である、ステップ、任意選択で蛍光OFF時間分布を累積分布関数にフィッティングすることによって、変数τを決定するステップ、及び式、試験標的の数=(kon・cimager・τ−1に基づいて、サンプル中の試験標的の数を決定するステップを含む。 In some aspects, described herein is a method for determining the number of targets in a test sample, which method is temporarily or indirectly directly or indirectly to a labeled imager strand that is optionally fluorescently labeled. Obtaining a sample containing the target to bind, obtaining a time-lapse image, optionally a time-lapse diffraction-limited fluorescence image, spot detection (eg, fluorescence spot detection) and localization of the sample to the diffraction-limited image ( Performing a high resolution image of the sample (e.g., using Gaussian fitting), optionally calibrating the k on cimager with a control sample containing a known number of targets, k on is the secondary association constant and cimager is the concentration of the label (eg, fluorescent label) imager chain in the test sample A step, optionally determining the variable τ d by fitting the fluorescence OFF time distribution to a cumulative distribution function, and the formula, number of test targets = (k on · c imager · τ d ) −1 Based on determining the number of test targets in the sample.

一部の態様では、試験サンプル中の標的の相対量を決定する方法が本明細書に記載され、この方法は、標識イメージャー鎖に直接又は間接的に一時的に結合する標的を含むサンプルを得るステップ、このサンプルのタイムラプス画像を得るステップ、画像に対してスポット検出及び局在化を行ってこのサンプルの高解像度画像を得るステップ、変数τを決定するステップ、及びτに基づいて、サンプル中の2つ以上の試験標的の相対量を決定するステップを含む。 In some aspects, a method for determining the relative amount of target in a test sample is described herein, the method comprising: a sample comprising a target that temporarily binds directly or indirectly to a labeled imager strand. Based on obtaining a time-lapse image of the sample, spot-detecting and localizing the image to obtain a high-resolution image of the sample, determining a variable τ d , and τ d , Determining the relative amount of two or more test targets in the sample.

一部の実施形態では、試験標的はタンパク質標的である。   In some embodiments, the test target is a protein target.

一部の実施形態では、タンパク質標的は、ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲートに結合し、及び標識(例えば、蛍光標識)イメージャー鎖は、このタンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する。   In some embodiments, the protein target binds to a protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand, and a label (eg, fluorescent label) imager strand is attached to each of the protein-nucleic acid conjugates. Is complementary to and temporarily binds to this docking strand.

一部の実施形態では、タンパク質−核酸コンジュゲートのタンパク質は、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである。   In some embodiments, the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer.

一部の実施形態では、試験標的は一本鎖核酸である。   In some embodiments, the test target is a single stranded nucleic acid.

一部の実施形態では、一本鎖核酸は、DNA又はRNAである。   In some embodiments, the single stranded nucleic acid is DNA or RNA.

一部の実施形態では、蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれは、少なくとも1つのフルオロフォアを含む。   In some embodiments, each of the fluorescently labeled imager strands includes at least one fluorophore.

一部の実施形態では、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖のそれぞれは、約4〜約30ヌクレオチド又は約8〜約10ヌクレオチドの長さである。   In some embodiments, each labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, is about 4 to about 30 nucleotides or about 8 to about 10 nucleotides in length.

一部の実施形態では、タイムラプス蛍光画像は、約25分の期間に亘って得られる。   In some embodiments, the time-lapse fluorescence image is obtained over a period of about 25 minutes.

一部の実施形態では、試験標的の数は、90%を超える精度で決定される。   In some embodiments, the number of test targets is determined with an accuracy greater than 90%.

一部の態様では、一本鎖DNAプローブが本明細書に記載され、この一本鎖DNAプローブは、少なくとも1つ、少なくとも2つ、又は少なくとも3つのサブドメインのドッキングドメインに、任意選択でその3’末端に連結される約20ヌクレオチドの長さの標的結合ドメインを含み、この少なくとも1つ、少なくとも2つ、又は少なくとも3つのサブドメインがそれぞれ、約4〜約30又は約8〜10ヌクレオチドの長さの少なくとも1つ、少なくとも2つ、又は少なくとも3つの、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖に相補的であり、この標的結合ドメインは、一本鎖mRNA標的鎖の相補的なドメインに結合する。   In some aspects, a single-stranded DNA probe is described herein, and the single-stranded DNA probe is optionally attached to a docking domain of at least one, at least two, or at least three subdomains. Comprising a target binding domain of about 20 nucleotides in length linked to the 3 ′ end, wherein at least one, at least two, or at least three subdomains of about 4 to about 30 or about 8 to 10 nucleotides, respectively. Complementary to a labeled imager strand, optionally fluorescently labeled, of at least one, at least two, or at least three in length, the target binding domain being complementary to the single stranded mRNA target strand Join the domain.

一部の実施形態では、少なくとも1つ、少なくとも2つ、又は少なくとも3つのサブドメインの少なくとも1つが、少なくとも1つの、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖に一時的に結合する。   In some embodiments, at least one of at least one, at least two, or at least three subdomains are temporarily associated with a labeled imager strand that is at least one, optionally fluorescently labeled.

一部の態様では、複数の画像のドリフト補正を行う方法が本明細書に記載され、複数の画像のそれぞれが、時系列の画像のフレームを含み、この時系列の画像が、複数の一時的な事象を捉え、この方法は、複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、時系列の画像に対する画像における物体の動きに一致する、ステップ、少なくとも1つのコンピュータプロセッサを用いて、複数のドリフトマーカーの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて、複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ、複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、ドリフト鋳型における一時的な事象の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的な関係を示す、ステップ、複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ、第1のドリフト補正及び第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップ、及び補正された複数の画像に基づいて最終画像を出力するステップを含む。   In some aspects, a method for performing drift correction of a plurality of images is described herein, each of the plurality of images including a frame of a time series image, the time series image being a plurality of temporal images. The method includes determining a time trace of each of the plurality of drift markers identified in the plurality of images, wherein the time trace of each drift marker is an object of the image in the time series image. Matching movement, using at least one computer processor, determining at least one first drift correction of the plurality of drift markers based at least in part on a time trace of the plurality of drift markers, Each of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from a plurality of images Determining a time trace of each drift template, wherein each drift template in the plurality of drift templates indicates a geometric relationship between a plurality of geometrically addressable marker sites of a transient event in the drift template; Determining a second drift correction based at least in part on a time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates, the first drift correction and the second drift correction Correcting a plurality of images based at least in part, and outputting a final image based on the corrected plurality of images.

一部の実施形態では、方法は、複数の画像のそれぞれにおける複数の局在化を特定するステップ、この複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップ、及びこの2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて複数のドリフトマーカーの位置を特定するステップをさらに含み、複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップが、複数のドリフトマーカーの位置に少なくとも部分的に基づいて時間トレースを決定するステップを含む。   In some embodiments, the method includes identifying a plurality of localizations in each of the plurality of images, creating a two-dimensional histogram of the plurality of localizations, and at least partially in the two-dimensional histogram. Locating a plurality of drift markers based on the plurality of drift markers, wherein determining a time trace for each of the plurality of drift markers determines the time trace based at least in part on the positions of the plurality of drift markers. Includes steps.

一部の実施形態では、複数の局在化を特定するステップは、複数の画像のそれぞれに対して複数のスポットを特定するステップ、及び局所ガウスフィッティングアルゴリズムを用いて、複数のスポットのそれぞれの近似中心位置(fitted center position)を決定するステップを含み、複数の局在化のそれぞれが、画像で特定されたスポット及びその関連する近似中心位置を含む。   In some embodiments, identifying the plurality of localizations includes identifying a plurality of spots for each of the plurality of images, and approximating each of the plurality of spots using a local Gaussian fitting algorithm. Determining a fitted center position, wherein each of the plurality of localizations includes a spot identified in the image and its associated approximate center position.

一部の実施形態では、複数の局在化のそれぞれが、局在化に一致する検出された光子カウントをさらに含む。   In some embodiments, each of the plurality of localizations further includes a detected photon count that matches the localization.

一部の実施形態では、複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップが、全ての局在化を2次元格子にビニングするステップ、及び各ビンにおける局在化の総数をヒストグラムカウントとして使用するステップを含む。   In some embodiments, creating a plurality of localization two-dimensional histograms bins all localizations into a two-dimensional grid, and uses the total number of localizations in each bin as a histogram count. Including the steps of:

一部の実施形態では、複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップが、全ての局在化を2次元格子にビニングするステップ、及び各ビンにおける複数の局在化の光子カウントの総数をヒストグラムカウントとして使用するステップを含む。   In some embodiments, generating a plurality of localization two-dimensional histograms bins all localizations into a two-dimensional lattice, and the total number of multiple localization photon counts in each bin Using as a histogram count.

一部の実施形態では、2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて複数のドリフトマーカーの位置を特定するステップは:1つ以上の選択基準を用いて2次元ヒストグラムを2値化するステップであって、1つ以上の選択基準が、ヒストグラム値の下限閾値又はヒストグラム値の上限閾値を含む、ステップ;2値化画像を区分に分割し、かつこの区分を1つ以上の選択基準に基づいてフィルタリングするステップであって、1つ以上の選択基準が、区画領域のうちの領域の下限閾値、この領域の上限閾値、最も長い区画の最も長い又は最も短い線寸法の下限又は上限、及び区画の偏心の下限又は上限の1つ以上を含む、ステップ;及び1つ以上の2値画像操作を用いて2値化画像を膨張及び収縮させるステップであって、1つ以上の2値画像操作が、膨張、退縮、ブリッジ(bridge)、接続(close)、切断(open)、塗りつぶし(fill)、除去(clean)、トップハット(top-hat)、ボトムハット(bottom-hat)、太線化(thicken)、及び細線化(thin)などの1つ以上を含む、ステップの少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the step of locating the plurality of drift markers based at least in part on the two-dimensional histogram is: binarizing the two-dimensional histogram using one or more selection criteria. One or more selection criteria include a lower threshold for histogram values or an upper threshold for histogram values; dividing the binarized image into sections and filtering the sections based on one or more selection criteria One or more selection criteria are: a lower threshold for a region of the partition region; an upper threshold for this region; a lower or upper limit for the longest or shortest line size of the longest partition; and an eccentricity of the partition Including one or more of a lower limit or an upper limit; and expanding and contracting the binarized image using one or more binary image manipulations, wherein the one or more two Image manipulation is dilation, retraction, bridge, close, disconnect, open, fill, clean, top-hat, bottom-hat, thick line Including at least one of the steps including one or more of thicken and thin.

一部の実施形態では、複数のドリフトマーカーの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第1のドリフト補正を決定するステップは:複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースを決定するステップであって、この相対時間トレースが、ドリフトマーカーの時間トレースと同じトレースの平均位置とを比較することによって決定される、ステップ;及び複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースに基づいて組み合わせ時間トレースを決定するステップを含み、複数のドリフトマーカーの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第1のドリフト補正を決定するステップは、複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第1のドリフト補正を決定するステップを含む。   In some embodiments, determining the first drift correction based at least in part on the time traces of the plurality of drift markers: determining a relative time trace for each of the plurality of drift markers comprising: The relative time trace is determined by comparing the drift marker time trace with the average position of the same trace; and determining a combined time trace based on each relative time trace of the plurality of drift markers. And determining a first drift correction based at least in part on a time trace of the plurality of drift markers includes a first drift correction based at least in part on a relative time trace of each of the plurality of drift markers. Determining the step.

一部の実施形態では、複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第1のドリフト補正を決定するステップは、複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースの重み付き平均を行うステップを含む。   In some embodiments, determining the first drift correction based at least in part on the relative time traces of each of the plurality of drift markers includes a weighted average of each relative time trace of the plurality of drift markers. Steps to perform.

一部の実施形態では、重み付き平均を行うステップは:相対時間トレースのそれぞれの品質スコアを決定するステップであって、この品質スコアが、時間トレースに関連した時間による変動の指標及び/又は時間トレース内の個々の局在化の局在化不確実性の指標に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップを含む。   In some embodiments, the step of performing a weighted average is: determining a respective quality score for the relative time trace, wherein the quality score is a measure of time variation and / or time associated with the time trace. A step that is determined based at least in part on an indication of the localization uncertainty of the individual localization within the trace.

一部の実施形態では、時間による変動の指標は、時間による時間トレースの標準偏差を含む。   In some embodiments, the measure of variation over time includes a standard deviation of a time trace over time.

一部の実施形態では、個々の局在化の局在化不確実性の指標は、ガウスフィッティングによる不確実性の推定値又は他の同時局在化との比較を少なくとも部分的に含み、他の同時局在化は、同じ画像内から、及び複数のドリフトマーカーからの他の時間トレースからであり、この比較は、全ての同時局在化の平均及び標準偏差を含む。   In some embodiments, the indicator of localization uncertainty for individual localizations includes at least partially an estimate of uncertainty from Gaussian fitting or comparison with other co-localizations, and other The colocalization is from within the same image and from other time traces from multiple drift markers, and this comparison includes the mean and standard deviation of all colocalizations.

一部の実施形態では、この方法は、複数のドリフトマーカーの第1のドリフトマーカーが、時系列の画像の少なくとも1つのフレームに存在しないことを決定するステップ、及び少なくとも1つのフレームの第1のドリフトマーカーの時間トレースを線形内挿して、第1のドリフトマーカーの平滑化時間トレースを作成するステップをさらに含む。   In some embodiments, the method determines that the first drift marker of the plurality of drift markers is not present in at least one frame of the time-series image, and the first of the at least one frame. The method further includes linearly interpolating the drift marker time trace to create a smoothed time trace of the first drift marker.

一部の実施形態では、複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップは:複数の画像のそれぞれにおける複数の局在化を特定するステップ;複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップ;及び2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて複数のドリフト鋳型を特定するステップを含み、複数のドリフト鋳型を特定するステップは、ヒストグラムカウントの下限閾値及び/又は上限閾値を用いて2次元ヒストグラムを評価するステップを含む。   In some embodiments, determining each time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from a plurality of images includes: a plurality of stations in each of the plurality of images. Identifying a plurality of localization templates; and identifying a plurality of drift templates based at least in part on the two-dimensional histograms; The step includes evaluating the two-dimensional histogram using a lower threshold and / or an upper threshold of the histogram count.

一部の実施形態では、複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップは、複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップを含み、第2のドリフト補正を決定するステップは、複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数のマーカー部位のそれぞれの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップを含む。   In some embodiments, determining the time traces of each of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates identified from the plurality of images includes in each of the plurality of drift templates. Determining a time trace of each of the plurality of geometrically addressable marker sites, and determining the second drift correction includes: measuring each of the plurality of marker sites in each of the plurality of drift templates. Determining a second drift correction based at least in part on the time trace.

一部の実施形態では、複数のドリフト鋳型のそれぞれの複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップは:複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位を特定するステップ;及び複数のドリフト鋳型のそれぞれの複数の幾何学的にアドレス可能なドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースを決定するステップを含み;複数のドリフト鋳型の時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップは、複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップを含む。   In some embodiments, determining the second drift correction based at least in part on a respective time trace of each of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates includes: Identifying a plurality of geometrically addressable marker sites within each of the drift templates; and determining a relative time trace of each of the plurality of geometrically addressable drift markers of each of the plurality of drift templates. Determining a second drift correction based at least in part on the time traces of the plurality of drift templates in each relative time trace of the plurality of drift markers in each of the plurality of drift templates. Determining a second drift correction based at least in part. .

一部の実施形態では、複数のドリフト鋳型のそれぞれの複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位を特定するステップは、対応するドリフト鋳型における複数の局在化の2次元ヒストグラム及び/又は1つ以上の選択基準に少なくとも部分的に基づいて複数のマーカー部位を決定するステップを含み、1つ以上の選択基準は、局在化の総数、局在化の表面密度、及び局在化の標準偏差の1つ以上を含む。   In some embodiments, the step of identifying a plurality of geometrically addressable marker sites for each of the plurality of drift templates includes a plurality of localization two-dimensional histograms and / or one of the corresponding drift templates. Determining a plurality of marker sites based at least in part on the above selection criteria, wherein the one or more selection criteria include a total number of localizations, a surface density of localization, and a standard deviation of localization One or more of.

一部の実施形態では、複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップは、ドリフト鋳型のそれぞれの中の複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースの重み付き平均を行うステップを含む。   In some embodiments, determining the second drift correction based at least in part on a relative time trace of each of the plurality of drift markers in each of the plurality of drift templates comprises: Performing a weighted average of each relative time trace of the plurality of drift markers.

一部の実施形態では、重み付き平均を行うステップは:相対時間トレースのそれぞれの品質スコアを決定するステップであって、この品質スコアは、時間トレースに関連した時間による変数の指標及び/又は時間トレース内の局在化不確実性の指標に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップを含む。   In some embodiments, the step of performing a weighted average is: determining a quality score for each of the relative time traces, wherein the quality score is an indication of a variable by time and / or time associated with the time trace. Determining based at least in part on an indication of localization uncertainty within the trace.

一部の実施形態では、時間による変動の指標は、時間による時間トレースの標準偏差を含む。   In some embodiments, the measure of variation over time includes a standard deviation of a time trace over time.

一部の実施形態では、個々の局在化の局在化不確実性の指標は、ガウスフィッティングによる不確実性の推定値又は他の同時局在化との比較を含み、他の同時局在化は、同じ画像内から、及び複数のドリフト鋳型の複数のマーカー部位の他の時間トレースからであり、この比較は、全ての同時局在化の平均及び標準偏差を含む。   In some embodiments, the indicator of localization uncertainty for individual localization includes an estimate of uncertainty due to Gaussian fitting or comparison with other co-localizations, and other co-localizations. The localization is from within the same image and from other time traces of multiple marker sites of multiple drift templates, and this comparison includes the mean and standard deviation of all co-localizations.

一部の実施形態では、第1のドリフト補正及び第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップは、第1のドリフト補正を用いて複数の画像を補正して、第1の補正された複数の画像を得るステップを含み、複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型のそれぞれの時間トレースを決定するステップは、第1の補正された複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型のそれぞれの時間トレースを決定するステップを含む。   In some embodiments, correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction corrects the plurality of images using the first drift correction, and Obtaining a first corrected plurality of images, wherein determining a time trace of each of the plurality of drift templates identified from the plurality of images is identified from the first corrected plurality of images. Determining a time trace for each of the plurality of drift templates.

一部の実施形態では、方法は、第1のドリフト補正を用いて、複数の画像を補正するステップの前に第1のドリフト補正を平滑化するステップをさらに含む。   In some embodiments, the method further includes smoothing the first drift correction prior to correcting the plurality of images using the first drift correction.

一部の実施形態では、第1のドリフト補正を平滑化するステップは、第1のドリフト補正の特徴的なドリフト時間スケールによって決定されるウィンドウを用いる局所回帰法を使用して、第1のドリフト補正を処理するステップを含む。   In some embodiments, the step of smoothing the first drift correction includes using a local regression method with a window determined by the characteristic drift time scale of the first drift correction, using the first drift correction. Processing the correction.

一部の実施形態では、方法は、第2のドリフト補正を用いて、複数の画像を補正するステップの前に第2のドリフト補正を平滑化するステップをさらに含む。   In some embodiments, the method further includes smoothing the second drift correction prior to correcting the plurality of images using the second drift correction.

一部の実施形態では、第2のドリフト補正を平滑化するステップは、第2のドリフト補正の特徴的なドリフト時間スケールによって決定されるウィンドウを用いる局所回帰法を使用して、第2のドリフト補正を処理するステップを含む。   In some embodiments, smoothing the second drift correction includes using a local regression method with a window determined by the characteristic drift time scale of the second drift correction to Processing the correction.

一部の実施形態では、方法は、複数のドリフトマーカーの単一ドリフトマーカーを選択するステップ;及び選択された単一ドリフトマーカーに少なくとも部分的に基づいて第3のドリフト補正を決定するステップをさらに含み、複数の画像を補正するステップは、第3のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップを含む。   In some embodiments, the method further comprises: selecting a single drift marker of the plurality of drift markers; and determining a third drift correction based at least in part on the selected single drift marker. And correcting the plurality of images includes correcting the plurality of images based at least in part on the third drift correction.

一部の実施形態では、第3のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップは、第1のドリフト補正及び第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップの前に行われる。   In some embodiments, the step of correcting the plurality of images based at least in part on the third drift correction includes the step of correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction. This is done before the correction step.

一部の実施形態では、方法は、複数のフレームの第1の画像における第1の複数の点の位置を特定するステップ;複数の画像の第2の画像における第2の複数の点の位置を特定するステップであって、第2の画像が、時系列の画像における第1の画像の隣接フレームに一致する、ステップ;及び第1の複数の点の位置と第2の複数の点の位置との間の差異に少なくとも部分的に基づいて第4のドリフト補正を決定するステップをさらに含み;複数の画像を補正するステップは、第4のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップを含む。   In some embodiments, the method identifies the location of the first plurality of points in the first image of the plurality of frames; the location of the second plurality of points in the second image of the plurality of images. Identifying, wherein the second image matches an adjacent frame of the first image in the time-series image; and the positions of the first plurality of points and the second plurality of points; Determining a fourth drift correction based at least in part on the difference between; correcting the plurality of images corrects the plurality of images based at least in part on the fourth drift correction Including the steps of:

一部の実施形態では、第2の画像が、時系列の画像における第1の画像に一致するフレームの直後のフレームに一致する。   In some embodiments, the second image matches the frame immediately following the frame that matches the first image in the time-series image.

一部の実施形態では、第1の複数の点の位置と第2の複数の点の位置との間の差異に少なくとも部分的に基づいて第4のドリフト補正を決定するステップは:第1の複数の点の位置と第2の複数の点の位置との間の距離のヒストグラムを作成するステップ;ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて、同じ一時的な事象に一致する第1の画像と第2の画像との間の点の対を決定するステップ;及び決定された点の対のそれぞれの間の位置のオフセットを決定するステップを含み、第4のドリフト補正を決定するステップは、決定された点の対のそれぞれの位置のオフセットのベクトル平均に基づいている。   In some embodiments, determining the fourth drift correction based at least in part on the difference between the position of the first plurality of points and the position of the second plurality of points includes: Creating a histogram of distances between the position of the plurality of points and the position of the second plurality of points; a first image and a second matching the same temporal event based at least in part on the histogram Determining a fourth drift correction comprising: determining a point pair between each of the images; and determining a position offset between each of the determined point pairs. Based on the vector average of the offset of each position of the point pair.

一部の実施形態では、複数の画像は、DNAベースの画像に一致し、複数の一時的な事象は、イメージング鎖とDNAドッキング鎖との間の結合事象である。   In some embodiments, the plurality of images match a DNA-based image and the plurality of transient events are binding events between the imaging strand and the DNA docking strand.

一部の実施形態では、イメージング鎖は、DNAドッキング鎖に会合すると蛍光を発するように構成された蛍光イメージングプローブである。   In some embodiments, the imaging strand is a fluorescent imaging probe configured to fluoresce when associated with a DNA docking strand.

一部の実施形態では、ドリフトマーカーの少なくとも1つは、DNAベースのナノ構造である。   In some embodiments, at least one of the drift markers is a DNA-based nanostructure.

一部の実施形態では、DNAベースのナノ構造は、ドッキング鎖を備えるDNA折り紙ナノ構造である。   In some embodiments, the DNA-based nanostructure is a DNA origami nanostructure comprising a docking strand.

一部の実施形態では、ドリフト鋳型の少なくとも1つは、DNAベースのナノ構造である。   In some embodiments, at least one of the drift templates is a DNA-based nanostructure.

一部の実施形態では、DNAベースのナノ構造は、ドッキング鎖を備えるDNA折り紙ナノ構造である。   In some embodiments, the DNA-based nanostructure is a DNA origami nanostructure comprising a docking strand.

一部の実施形態では、ドリフト鋳型の少なくとも1つは、3次元ドリフト鋳型である。   In some embodiments, at least one of the drift templates is a three-dimensional drift template.

一部の実施形態では、3次元ドリフト鋳型は4面体である。   In some embodiments, the three-dimensional drift template is a tetrahedron.

一部の実施形態では、ドリフト鋳型の少なくとも1つは、異なるタイプの一時的な事象に一致する複数の色を含む。   In some embodiments, at least one of the drift templates includes a plurality of colors that match different types of transient events.

一部の実施形態では、異なるタイプの一時的な事象は、第1のイメージング鎖の第1のタイプのDNAドッキング鎖への第1の結合事象、及び第2のイメージング鎖の第2のタイプのDNAドッキング鎖への第2の結合事象を含む。   In some embodiments, the different types of transient events are the first binding event of the first imaging strand to the first type of DNA docking strand, and the second type of second imaging strand. Includes a second binding event to the DNA docking strand.

一部の実施形態では、最終画像を出力するステップは、最終画像をディスプレイに表示するステップを含む。   In some embodiments, outputting the final image includes displaying the final image on a display.

一部の実施形態では、最終画像を出力するステップは、最終画像を少なくとも1つのネットワークを介してコンピュータに送信するステップを含む。   In some embodiments, outputting the final image includes transmitting the final image to the computer via at least one network.

一部の実施形態では、最終画像を出力するステップは、最終画像を少なくとも1つの記憶装置に保存するステップを含む。   In some embodiments, outputting the final image includes storing the final image in at least one storage device.

一部の態様では、少なくとも1つのコンピュータプロセッサによって実行されると、複数の画像のドリフト補正を行う方法を実施する、複数の命令で符号化された非一時的なコンピュータ可読媒体が本明細書に記載され、複数の画像のそれぞれは、時系列の画像のフレームを含み、この時系列の画像は、複数の一時的な事象を捉え、この方法は:複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、時系列の画像に対する画像における物体の動きに一致する、ステップ;複数のドリフトマーカーの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ;複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、ドリフト鋳型における一時的な事象の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的関係を示す、ステップ;複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ;第1のドリフト補正及び第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップ;及び補正された複数の画像に基づいて最終画像を出力するステップを含む。   In some aspects, a non-transitory computer-readable medium encoded with a plurality of instructions that implements a method for performing drift correction of a plurality of images when executed by at least one computer processor is provided herein. Each of the plurality of images described includes a time-series image frame, the time-series image capturing a plurality of temporal events, the method comprising: a plurality of drift markers identified in the plurality of images Determining a respective time trace of each drift marker, wherein the time trace of each drift marker coincides with the motion of the object in the image relative to the time-series image; based at least in part on the time traces of the plurality of drift markers Determining at least one first drift correction of the plurality of drift markers; identified from the plurality of images Determining a respective time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates, wherein each drift template in the plurality of drift templates includes a plurality of transient events in the drift template. Showing a geometric relationship between the geometrically addressable marker sites of the second step; second based at least in part on a time trace of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates Determining a drift correction; correcting a plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction; and outputting a final image based on the corrected plurality of images. Including.

一部の態様では、コンピュータが本明細書に記載され、このコンピュータは:複数の画像を受け取るように構成された入力インターフェイスであって、複数の画像のそれぞれが、時系列の画像のフレームを含み、この時系列の画像が、複数の一時的な事象を捉える、入力インターフェイス;少なくとも1つのプロセッサであって:複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、時系列の画像に対する画像における物体の動きに一致する、ステップ;複数のドリフトマーカーの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ;複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、ドリフト鋳型における一時的な事象の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的関係を示す、ステップ;複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ;第1のドリフト補正及び第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて複数の画像を補正するステップ;及び補正された複数の画像に基づいて最終画像を決定するステップを行うようにプログラムされている、少なくとも1つのプロセッサ;並びに最終画像を出力するように構成された出力インターフェイスを含む。   In some aspects, a computer is described herein, the computer comprising: an input interface configured to receive a plurality of images, each of the plurality of images including a frame of time-series images. An input interface that captures a plurality of temporal events; and at least one processor: determining a time trace of each of a plurality of drift markers identified in the plurality of images. The time trace of each drift marker coincides with the motion of the object in the image relative to the time-series image; step; at least one first of the plurality of drift markers based at least in part on the time trace of the plurality of drift markers Determining a drift correction of a plurality of images identified from a plurality of images. Determining a time trace of each of a plurality of geometrically addressable marker sites of a ft template, wherein each drift template in the plurality of drift templates includes a plurality of geometric events of a transient event in the drift template. Showing a geometric relationship between the addressable marker sites in a step; determining a second drift correction based at least in part on a time trace of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates A program for performing a step of correcting a plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction; and determining a final image based on the corrected plurality of images At least one processor; and an output configured to output a final image Including the interface.

図1Aは、約16ナノメートル(nm)離隔した(濃い灰色で示されている)一対の相反する面にある、一本鎖DNAドッキング鎖で「標識された」微小管様DNA折り紙ポリマーを示している。相補的な蛍光標識イメージャー鎖が、溶液からドッキング鎖に一時的に結合する。(底部の2つの中心にある螺旋に存在する)ビオチン化DNA鎖を使用して、蛍光イメージングのために微小管様DNA構造をガラス表面に結合させる。 図1Bは、蛍光標識イメージャー鎖のドッキング鎖への一時的な結合が蛍光「明滅」(蛍光強度対時間トレース)を生じさせることを実証するグラフを示している。この明滅を使用して、連続的に点を回折限界よりも低く局在化させる。 図1Cは、16±1nm(平均±標準偏差)[スケールバー:40nm]の測定幅を有するDNA折り紙ポリマーの透過型電子顕微鏡(TEM)画像を示している。 図1Dは、Cy3b標識イメージャー鎖を用いて得られた超解像蛍光画像(15,000フレーム、5Hzのフレームレート)を示している。2つの異なる線が見える[スケールバー:40nm]。図1Eは、図1Dの強調された領域<i>及び<ii>の断面ヒストグラム(矢印はヒストグラムの方向を示す)を示し、このヒストグラムは、約16nmの設計距離は、明確に解像されている(各分布の半値全幅(FWHM)は、約9nmであると観察される)。 図2は、タンパク質(例えば、タンパク質標的)が本開示の抗体−DNAコンジュゲートで標識され、相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、本開示の生体分子標識スキームの一例を示している。抗体は、ビオチン及びストレプトアビジンを含むリンカー(例えば、ビオチン−ストレプトアビジン―ビオチンリンカー)によってドッキング鎖に連結される。 図3Aは、抗体−DNAコンジュゲート及びAtto655標識イメージャー鎖を用いた固定HeLa細胞内の微小管網の超解像度画像(10,000フレーム、10Hzのフレームレート)[スケールバー:5μm]を示している。 図3Bは、図3Aの強調された領域の高倍率画像を示している[スケールバー:1μm]。 図3Cは、図3Bの同じ領域の回折限界表現を示している。矢印は、画像の解像度の増加がはっきりと見える位置を強調している。図3Bにおける位置<i>での約46nmの見かけ上の幅を有する隣接する微小管が、約79nm分離されている[スケールバー:1μm]。 図3Dは、抗体−DNAコンジュゲート、微小管(線状構造)用のCy3b標識イメージャー鎖、及びミトコンドリア(パッチ状構造)用のAtto655標識イメージャー鎖を用いて得られた固定HeLa細胞内の微小管及びミトコンドリアの二色超解像度画像(15,000フレーム、10Hzのフレームレート)を示している[スケールバー:5μm]。 図3Eは、図3Dの強調された領域の高倍率画像を示している[スケールバー:1μm]。 図3Fは、図3Eに示されている同じ領域の回折限界画像を示している[スケールバー:1μm]。 図4Aは、(例えば、それぞれ同じ色のフルオロフォアで標識された)スペクトルが異ならないイメージャー鎖を用いて本開示の一実施形態を示している。ステップ[1]で、3つの異なる種のドッキング鎖(a、b、c)を表面に標識化する。このような標識化は、ドッキング鎖のみ、若しくはタンパク質−結合(例えば、抗体)に連結されたドッキング鎖、又は目的の表面/生体分子に結合する核酸−結合分子を用いて行うことができる。ステップ[2]で、イメージャー鎖aの複数のコピーを導入し(aはaに相補的な配列を有する)、ドッキング鎖aで標識された点が画像化される。ステップ[3]で、イメージャー鎖aのコピーが洗い流され、イメージャー鎖bが導入されてb標識された点が画像化される。画像が得られ、イメージャー鎖bが洗い流される。ステップ[4]で、c標識された点が、同じ要領で画像化される。ステップ[5]で、[2〜4]からの画像に、疑似カラーが割り当てられ、組み合わせられて最終画像が形成される。画像の最終レンダリングに疑似カラーを使用することができるが、全てのイメージャー鎖は、実際は同じ色の色素(例えば、フルオロフォア)で標識される。 図4B(1)〜図4B(3)は、画像の密度を低下させると同時に、達成可能な解像を最大
増加させることを示している。ここで、再構築された局在化のFWHMとして既に定義された解像度は、スパース点を用いる局在顕微鏡法と同様に局在化の標準偏差として理解することができる。図4B(1)は、10nmの間隔の線形ジオメトリにある7つの点を示している(上部)。約14nmの解像度の超解像度データをシミュレーションした(中心)。これらの点は、解像することができない。断面ヒストグラムデータは、幅広いピークを示している(底部)。
図4B(2)及び図4B(3)は、1つおきの画像化が個々のスポットの局在化を可能にすることを示している。次いで、これらの局在化を組み合わせて、全パターンの最終画像を形成することができる。 図4B(2)及び図4B(3)は、1つおきの画像化が個々のスポットの局在化を可能にすることを示している。次いで、これらの局在化を組み合わせて、全パターンの最終画像を形成することができる。 図4Cは、10nmの間隔でドッキング鎖を表示するDNA折り紙構造の画像を示している。 図5Aは、数字の0〜3(0、1、2、及び3)に類似した異なる種類のドッキング鎖を指定位置に備えたDNA折り紙構造を用いた本開示の一実施形態を示している。各回で、それぞれのイメージャー鎖配列が、イメージングチャンバに加えられ、画像の取得が行われ、イメージャー鎖が洗い流される。各イメージングの回では、設計の数字が画像化され、異なる回の間にクロストークのない非常に配列特異的な相互作用を示している[スケールバー:50nm]。全てのイメージャー鎖が、同じ色の色素で標識されるが、各構造(例えば、0〜3(0、1、2、及び3))は、異なる色(例えば、紫色、黄色、青色、又は赤色;カラーレンダリングは不図示)でレンダリングされることに留意されたい。 図5B(i)〜図5B(v)は、数字の0〜9(0、1、2、3、4、5、6、7、8、及び9)に類似した異なる種のドッキング鎖を指定位置に備えたDNA折り紙構造を用いた本開示の別の実施形態を示している。図5B(i)は、同じフルオロフォアで標識されたイメージャー鎖を用いた複数の標的の連続的なイメージングを示すexchange−PAINTの概略図を示している。図5B(ii)は、数字の4に類似したドッキング鎖を表示するDNA折り紙(70 100nm)の概略図を示している。 図5B(iii)は、10回の全てのExchange−PAINTサイクルが組み合わせられた全体の画像を示し、イメージングサイクル間にクロストークが存在しないそれぞれの標的との特異的な相互作用を実証している。スケールバー:250nm。図5B(iv)は、同じDNA折り紙上に全て存在する数字の0〜3の4「色」画像を示している(それぞれ10,000フレーム、5Hzのフレームレート;底部の概略図)。スケールバー:25nm。図5B(v)は、10の異なる折り紙構造の疑似カラー画像を示し、それぞれに異なる色(例えば、橙色、緑色、青色、紫色、ピンクなど;カラーレンダリングは不図示)がレンダリングされ、高解像度(棒状の特徴のFWHM<10nm)及び特異性を用いて1つのサンプルで数字の0〜9が示されている。10回のイメージング−洗浄サイクルによって唯1つのフルオロフォア(Cy3b)を用いて得られた画像(イメージング:7,500フレーム/サイクル、5Hzのフレームレート;洗浄:1〜2分/サイクル)。スケールバー:25nm。 図6Aは、固定HeLa細胞を用いた本開示の一実施形態の実験の概略図を示し、1回で、ドッキング鎖が標的に結合され、次いで標識イメージャー鎖が添加され、画像が得られ、イメージャー鎖が洗い流される。各回が、異なる標識イメージャー鎖と共に異なる標的に特異的なドッキング鎖を用いて繰り返される。ドッキング鎖は、単独で、又はタンパク質−結合(例えば、抗体)又は目的の標的に結合する核酸−結合分子に連結されて使用することができる。 図6Bは、固定HeLa細胞内のCy3b標識イメージャー鎖を用いた本開示の方法の2回を示している。ここで、微小管(緑の疑似カラー;カラーレンダリングは不図示)をドッキング配列aで標識し、ミトコンドリア(赤紫の疑似カラー;カラーレンダリングは不図示)を直交ドッキング配列bで標識した。 図6Cは、図6Bと同様に固定HeLa細胞で行われたATTO655標識イメージャー鎖を用いた本開示の方法の2回を示している。[スケールバー:5μm]。全てのイメージャー鎖が同じ色の色素で標識されることに留意されたい。 図7Aは、溶液から、目的の構造又は分子上の相補的なドッキング鎖に一時的に結合する蛍光標識イメージャー鎖を示している。一時的な結合により、特徴的な蛍光ON時間及びOFF時間(それぞれτ及びτ)を用いて結合対時間トレースで示されている見かけ上の明滅が生じる。溶液からのイメージャー鎖の検出された結合頻度は、所与の画像領域における利用可能なドッキング鎖の数に線形従属する(即ち、ドッキング鎖が多ければ多いほど、結合頻度が高くなる)。結合事象間の時間、即ち、蛍光OFF時間(τ)は、ドッキング鎖の数に逆比例する。 図7Bは、平均蛍光OFF時間(τ)を、OFF時間分布の累積分布関数(CDF)を計算することによって決定できることを示している。既知の会合定数kon及びイメージャー鎖濃度cと仮定すると、結合部位の数は、結合部位の数=(τ・c・kon−1によって計算することができる。 図7Cは、概念実証のプラットフォームとして13の結合部位を表すように設計されたDNA折り紙構造の超解像度画像を示している。ドッキング部位の取り込み効率は、100%ではなく、実際に取り込まれた部位の分布となる(図7D(1))。表示されるドッキング部位の数を、スポットの数をカウントして(直接カウント)、この数を、推奨される結合キネティック分析(binding kinetic analysis)を用いて計算された部位の対応する数と比較することによって視覚的に決定することができるため、この構造は理想的な試験系システムとして役立つ。 図7D(1)は、直接の目視カウントによって得られた377の折り紙構造の結合部位の分布を示している。 図7D(2)は、本開示の結合キネティック分析(キネティクス)によって得られた同じ構造の結合部位の分布を示している。 図7D(3)は、直接カウントとキネティックカウントとの間の「オフセット」を示し:本開示の方法のカウント「エラー」又は不確実性は、7%未満であった(ガウス分布の変動係数によって決定)。 図8Aは、FISH様ハイブリダイゼーションスキームにおいてドッキング鎖を用いてタグが付けられた固定大腸菌細胞内の目的のmRNA分子を示している。 図8Bは、各イメージングカラーの結合頻度を決定するために使用される読み出しスキームを示している。各単一mRNAの位置の強度対時間プロフィールにより、1色につき特有の一時的な結合パターン(明滅)が得られる。結合事象の頻度は、結合部位の数によって決まり、結合頻度を使用して、結合部位の異なる整数を区別することが可能となる。 図8Cは、赤色、緑色、及び青色のイメージャー鎖(カラーレンダリングは不図示)のそれぞれに対してそれぞれ3、9、22、及び44の結合部位を表示する、DNA折り紙構造に対するin vitro原理証明実験を示している。異なる結合レベルが、各色で明確に区別可能であり、1色につき4つの可能な「頻度レベル」を示唆し、バーコーディング、例えば、細胞内のmRNA分子の124の異なる可能な組み合わせが得られる。バーコーディング空間は、蛍光ON時間及び追加の符号化実体(coding entity)を用いることによって増大させることができる。 図8Cは、赤色、緑色、及び青色のイメージャー鎖(カラーレンダリングは不図示)のそれぞれに対してそれぞれ3、9、22、及び44の結合部位を表示する、DNA折り紙構造に対するin vitro原理証明実験を示している。異なる結合レベルが、各色で明確に区別可能であり、1色につき4つの可能な「頻度レベル」を示唆し、バーコーディング、例えば、細胞内のmRNA分子の124の異なる可能な組み合わせが得られる。バーコーディング空間は、蛍光ON時間及び追加の符号化実体(coding entity)を用いることによって増大させることができる。 図9は、蛍光ON時間(解離速度koffに関連)は、蛍光OFF時間(会合速度konに関連)とは独立に調整することができることを実証するグラフである。単一CG塩基対の追加による9〜10ヌクレオチド(nt)のイメージング/ドッキング二重鎖の伸長により、キネティックOFF速度は、桁(8)がほぼ1桁減少する。 図10Aは、約50ヌクレオチド(nt)の長さのバーコードプローブを示し、21ntの標的検出ドメインt及びこれに続く赤色、緑色、又は青色イメージャー鎖の8、9、又は10ntの長さの結合ドメインの組み合わせを備えた約30ntの長さの「バーコード」領域を用いて生体分子にタグを付けることができる。ここで、8、9、又は10ntの長さのドッキング鎖はそれぞれ、koffが1秒当たり10、1、及び0.1の3色で表示される(カラーレンダリングは不図示)。 図10Bは、9ntの相互作用ドメインでは、8ntの相互作用ドメインと比較して、蛍光ON時間τが増加した特徴的な強度対時間トレースを示している。 図10Cは、1秒当たり10、1、及び0.1のkoff値を区別できることを実証する確率的シミュレーションを示している。 図11Aは、単一フルオロフォアがイメージング表面に安定に取り付けられ(図11B(1)を参照)、1つの「スイッチング」事象当たり限られた数の光子が放出される従来の検出方法において、「補充可能な」イメージャー鎖からの全ての光子の抽出(図11B(2)を参照)により、1つのスイッチング事象当たりの局在化精度が高くなること(中央のパネル)、及びDNAメタフルオロフォア(図11B(3)及び図11B(4)を参照)が、図11B(2)の単一フルオロフォアよりも1つのスイッチング事象当たりの光子の数が非常に多いこと(底部)を示している。 図11B(1)〜図11B(3)は、現行のイメージング法及び本開示の方法の概略図を示している。図11B(1)は、イメージング表面に安定に取り付けられたフルオロフォアを使用する従来の検出方法(例えば、STORMで使用される)を示している。 図11B(2)は、イメージング表面に一時的に結合するフルオロフォアを用いる、本開示の検出方法の一実施形態を示している。 図11B(3)は、コンパクトなDNAナノ構造内の8つのフルオロフォアを含む明るいメタフルオロフォアを示している。 図11B(4)は、表面に一時的に結合したときにのみ蛍光を発するフルオロフォア(星)及びクエンチャー(暗いドット)の両方で飾られた条件付きメタフルオロフォアを示している。 図11Cは、ドッキング部位が20nmの間隔で4×3の格子に配置されたDNA折り紙構造を示している。単一部位が、現在最も高い実証された解像度である約3nmの精度で光学的に局在化している[スケールバー:50nm]。 図11Dは、超解像イメージングの試験プラットフォームとして使用される7又は5nmの間隔の2000の一本鎖ドッキング鎖(ドット)を表示する280nm×240nmのDNAナノ長方形(一本鎖タイル構造(15)、折り紙よりも10倍大きい領域)を示している[スケールバー:100nm]。 図12A(i)は、ドリフト補正の各段階の原理を示す概略図を例示している。各画像では、黒色マーカー及び線はソースデータを示し、濃淡値及び曲線は、計算上のドリフト補正を示している。図12A(ii)は、各段階で使用される主なタイプのドリフトマーカー(例えば、DNAドリフトマーカー)の概略図を示している。 図12B(i)は、各段階又は補正後のイメージングの品質を示す構造の一例を示し、図12B(ii)は、各段階での図12B(i)の対応する緑色長方形のズーム画像を示している。図12B(i)及び図12B(ii)に示されているスケールバーは50nmに相当する。 図12C(i)は、各段階の補正後のドリフトトレースの一例を示し、図12C(ii)は、各段階での図12C(i)の対応する長方形のズーム画像を示している。図12C(i)のスケールバーは、x:500nm、t:500秒に相当し、図12C(ii)のスケールバーは、x:10nm、t:10秒に相当する。 図13は、一部の実施形態によるドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。 図14は、図13の段階230に対応するドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。 図15は、図13の段階240に対応するドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。 図16は、3Dドリフト補正用の鋳型として使用される3D 4面体を例示している。4つの角は、ドッキング部位で標識されている。図16Aは、4つの角が明確に解像されていることを示している。図16Bは、高さが約85nmの構造のX−Z投影を例示している。 図17は、本明細書に記載の本開示のいずれかの実施形態に関連して使用することができるコンピュータシステム600の例示的な一実施を示している。 図18A〜図18Cは、本開示の一部の実施形態によるドリフト補正のプロセスにおける段階の代替の表現を例示している。単一分子DNA折り紙ナノ構造上の10nmの間隔の規則的な格子の超解像度画像が示されている。DNA折り紙構造は、垂直及び水平の両方向に10nmの間隔の5×8の正方形の格子となるように設計されていた。図18Aは、十字形で表されている、収集されてフィルタリングされた局在化の散布図を示している。 図18Bは、上の構造のビニングされた2Dヒストグラム図である。 図18Cは、図18A及び図18Bの長方形の全ての局在化のx軸への投影による1Dヒストグラム、及び8つのガウス成分を用いた最小二乗フィッティングを示している。フィッティングされたガウスピークは全て、1.5〜2.4nmの範囲の標準偏差を有し、原理上は3.5〜5.6nmの解像度を可能にし;隣接するピーク間の間隔は9.8〜11.0nmの範囲であり、DNA折り紙設計に一致している。集合反応でのステープルの不完全な取り込みのために、少数(この場合は5)のスポットが、構造内で欠落しているが、超解像イメージング中には欠落していない。 図19A及び図19Bは、RNAアプタマーがGFP様フルオロフォアの蛍光を調節することを示している。図19Aは、GFPに関連したHBI(緑色)及びDMHBIの構造を示している。 図19Bは、13−2RNAアプタマーが、蛍光発光に好ましい特定の分子配置を安定させることによるDMHBIの蛍光を促進することを示している。DMHBI、13−2RNA、13−2RNAを含むDMHBI、又は全HeLa細胞RNAを含むDMHBIを含む溶液を、365nmの光の照明下で撮影した。画像は、同一の画像取得条件下で得られたモンタージュである。(Paigeらによる画像、参考文献19)。 図20A及び図20Bは、DFHBI結合キネティクスの単一分子蛍光の特徴付けを示している。図20Aは、ビオチン化DNA補足配列(赤色色素、例えば、Alexa647で標識された:カラーレンダリングは不図示)を用いてBSA/ビオチン被覆ガラス基板に固定された5’延長Spinach(緑色)を示している。 図20Bは、アプタマーの追加の前(底部の線)及び後(上部の線)のSpinach−DFHBIのバルク蛍光測定を示し、DFHBI結合活性が、図20Aのガラス表面に固定するために必要なSpinachの延長部の追加の後にも十分に維持されることを示している。 図21A及び図21Bは、ベンチマークのSpinach−PAINTの性能を示している。図21Aは、2つのSpinach分子を指定された位置に配置するために使用される6重螺旋DNA折り紙構造を示している。 図21Bは、DNA構造(P)を局在化させるDNA−PAINT及びSpinach分子を3つの異なる距離に局在化させるSpinach−PAINTを用いた超解像再構成のシミュレーション表現を示している。 図22は、Spinachベースのセンサを示している。Spinachベースのセンサのアロステリック変異体(左)は、Spinachドメイン(黒色)、トランスデューサモジュール(灰色)、及び認識モジュール(明るい灰色)を含む。標的分子の非存在下では、トランスデューサモジュールが、主に構造化されていない状態であり、これにより、DFHBIの活性化に必要なSpinach構造の安定化が妨げられる。標的分子が結合すると、トランスデューサモジュールが二重鎖を形成し、Spinachモジュールの構造的な硬直化及びDFHBI蛍光の活性化がもたらされる(参考文献24)。 図23Aは、in vitro及びin situ Exchange−PAINTチャンバの例を示している。 図23Bは、in vitro及びin situ Exchange−PAINTチャンバの例を示している
FIG. 1A shows a microtubule-like DNA origami polymer “labeled” with a single-stranded DNA docking strand on a pair of opposing surfaces (shown in dark gray) separated by about 16 nanometers (nm). ing. A complementary fluorescently labeled imager strand temporarily binds from solution to the docking strand. Biotinylated DNA strands (present in the two central spirals at the bottom) are used to attach microtubule-like DNA structures to the glass surface for fluorescent imaging. FIG. 1B shows a graph demonstrating that transient binding of the fluorescently labeled imager strand to the docking strand results in a fluorescent “blink” (fluorescence intensity versus time trace). This blinking is used to continuously localize points below the diffraction limit. FIG. 1C shows a transmission electron microscope (TEM) image of a DNA origami polymer having a measurement width of 16 ± 1 nm (mean ± standard deviation) [scale bar: 40 nm]. FIG. 1D shows a super-resolution fluorescent image (15,000 frames, 5 Hz frame rate) obtained using a Cy3b labeled imager chain. Two different lines are visible [scale bar: 40 nm]. FIG. 1E shows a cross-sectional histogram (arrows indicate the direction of the histogram) of the highlighted regions <i> and <ii> of FIG. 1D, where the design distance of about 16 nm is clearly resolved. (The full width at half maximum (FWHM) of each distribution is observed to be about 9 nm). FIG. 2 shows an example of a biomolecule labeling scheme of the present disclosure in which a protein (eg, protein target) is labeled with an antibody-DNA conjugate of the present disclosure and is a complementary fluorescently labeled imager chain. The antibody is linked to the docking strand by a linker comprising biotin and streptavidin (eg, biotin-streptavidin-biotin linker). FIG. 3A shows a super-resolution image (10,000 frames, 10 Hz frame rate) [scale bar: 5 μm] of a microtubule network in fixed HeLa cells using an antibody-DNA conjugate and an Atto655 labeled imager chain. Yes. FIG. 3B shows a high magnification image of the highlighted area of FIG. 3A [scale bar: 1 μm]. FIG. 3C shows a diffraction limited representation of the same region of FIG. 3B. The arrows highlight the positions where the increase in image resolution is clearly visible. Adjacent microtubules with an apparent width of about 46 nm at position <i> in FIG. 3B are separated by about 79 nm [scale bar: 1 μm]. FIG. 3D shows in fixed HeLa cells obtained using antibody-DNA conjugates, Cy3b-labeled imager chains for microtubules (linear structures), and Atto655-labeled imager chains for mitochondria (patch-like structures). A two-color super-resolution image (15,000 frames, 10 Hz frame rate) of microtubules and mitochondria is shown [scale bar: 5 μm]. FIG. 3E shows a high magnification image of the highlighted region of FIG. 3D [scale bar: 1 μm]. FIG. 3F shows a diffraction limited image of the same region shown in FIG. 3E [scale bar: 1 μm]. FIG. 4A illustrates one embodiment of the present disclosure using non-spectral imager strands (eg, each labeled with the same color fluorophore). In step [1], three different species of docking strands (a, b, c) are labeled on the surface. Such labeling can be performed using docking strands alone, or docking strands linked to protein-binding (eg, antibodies), or nucleic acid-binding molecules that bind to the surface / biomolecule of interest. In step [2], multiple copies of imager strand a * are introduced (a * has a sequence complementary to a) and the points labeled with docking strand a are imaged. In step [3], a copy of the imager chain a * is washed away and the imager chain b * is introduced and the b-labeled point is imaged. An image is obtained and the imager strand b * is washed away. In step [4], the c-labeled point is imaged in the same way. In step [5], pseudo-colors are assigned to the images from [2-4] and combined to form the final image. Although pseudocolor can be used for final rendering of the image, all imager chains are actually labeled with the same color dye (eg, fluorophore). 4B (1) to 4B (3) reduce the image density while maximizing the achievable resolution.
It shows increasing. Here, the resolution already defined as the reconstructed localized FWHM can be understood as the standard deviation of localization as in the case of localized microscopy using sparse points. FIG. 4B (1) shows seven points in a linear geometry with a spacing of 10 nm (top). Super resolution data with a resolution of about 14 nm was simulated (center). These points cannot be resolved. The cross-sectional histogram data shows a broad peak (bottom).
4B (2) and 4B (3) show that every other imaging allows the localization of individual spots. These localizations can then be combined to form a final image of the entire pattern. 4B (2) and 4B (3) show that every other imaging allows the localization of individual spots. These localizations can then be combined to form a final image of the entire pattern. FIG. 4C shows an image of a DNA origami structure displaying docking strands at 10 nm intervals. FIG. 5A illustrates one embodiment of the present disclosure using a DNA origami structure with different types of docking strands at designated locations similar to the numbers 0-3 (0, 1, 2, and 3). Each time, each imager strand array is added to the imaging chamber, an image acquisition is performed, and the imager strand is washed away. At each imaging time, the design numbers are imaged, showing very sequence specific interactions without crosstalk between different times [scale bar: 50 nm]. All imager strands are labeled with the same color dye, but each structure (eg, 0-3 (0, 1, 2, and 3)) has a different color (eg, purple, yellow, blue, or Note that it is rendered in red (color rendering not shown). Figures 5B (i) to 5B (v) specify different species of docking strands similar to the numbers 0-9 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9). Fig. 4 illustrates another embodiment of the present disclosure using a DNA origami structure in place. FIG. 5B (i) shows a schematic diagram of exchange-PAINT showing sequential imaging of multiple targets using imager strands labeled with the same fluorophore. FIG. 5B (ii) shows a schematic of a DNA origami (70 100 nm) displaying a docking strand similar to the number 4. FIG. 5B (iii) shows the entire image with all 10 Exchange-PAINT cycles combined, demonstrating specific interactions with each target without crosstalk between imaging cycles. . Scale bar: 250 nm. FIG. 5B (iv) shows 4 “color” images of the numbers 0-3, all present on the same DNA origami (10,000 frames, 5 Hz frame rate, respectively; bottom schematic). Scale bar: 25 nm. FIG. 5B (v) shows 10 different origami structure pseudo-color images, each rendered with a different color (eg, orange, green, blue, purple, pink, etc .; color rendering not shown) and high resolution ( The numbers 0-9 are shown in one sample using the FWHM <10 nm) and specificity of the rod-like features. Images obtained with only one fluorophore (Cy3b) by 10 imaging-wash cycles (imaging: 7,500 frames / cycle, 5 Hz frame rate; wash: 1-2 minutes / cycle). Scale bar: 25 nm. FIG. 6A shows a schematic diagram of an experiment of one embodiment of the present disclosure using immobilized HeLa cells, in which the docking strand is bound to the target and then a labeled imager strand is added to obtain an image; The imager chain is washed away. Each round is repeated with a docking strand specific for a different target with a different labeled imager strand. The docking strand can be used alone or linked to a protein-binding (eg, antibody) or nucleic acid-binding molecule that binds to the target of interest. FIG. 6B shows two of the disclosed methods using Cy3b labeled imager strands in fixed HeLa cells. Here, microtubules (green pseudo color; color rendering not shown) were labeled with docking array a, and mitochondria (red purple pseudo color; color rendering not shown) were labeled with orthogonal docking array b. FIG. 6C shows two of the disclosed methods using ATTO655 labeled imager strands performed on fixed HeLa cells as in FIG. 6B. [Scale bar: 5 μm]. Note that all imager strands are labeled with the same color dye. FIG. 7A shows a fluorescently labeled imager strand that temporarily binds from solution to a complementary docking strand on the structure or molecule of interest. Temporary binding results in an apparent blink as shown in the binding versus time trace using the characteristic fluorescence ON and OFF times (τ b and τ d, respectively). The detected binding frequency of imager strands from solution is linearly dependent on the number of available docking strands in a given image area (ie, the more docking strands, the higher the binding frequency). The time between binding events, ie the fluorescence OFF time (τ d ), is inversely proportional to the number of docking strands. FIG. 7B shows that the average fluorescence OFF time (τ d ) can be determined by calculating the cumulative distribution function (CDF) of the OFF time distribution. Assuming a known association constant k on and imager chain concentration c, the number of binding sites can be calculated by the number of binding sites = (τ d · c · k on ) −1 . FIG. 7C shows a super-resolution image of a DNA origami structure designed to represent 13 binding sites as a proof-of-concept platform. The docking site uptake efficiency is not 100% but the distribution of the actually taken up site (FIG. 7D (1)). Count the number of docking sites displayed by counting the number of spots (direct count) and compare this number with the corresponding number of sites calculated using the recommended binding kinetic analysis This structure serves as an ideal test system because it can be determined visually. FIG. 7D (1) shows the distribution of binding sites of 377 origami structures obtained by direct visual counting. FIG. 7D (2) shows the distribution of binding sites of the same structure obtained by the binding kinetic analysis (kinetics) of the present disclosure. FIG. 7D (3) shows an “offset” between the direct count and the kinetic count: the count “error” or uncertainty of the disclosed method was less than 7% (depending on the coefficient of variation of the Gaussian distribution). Decision). FIG. 8A shows mRNA molecules of interest in fixed E. coli cells tagged with docking strands in a FISH-like hybridization scheme. FIG. 8B shows the readout scheme used to determine the coupling frequency for each imaging color. The intensity vs. time profile of each single mRNA location gives a unique temporal binding pattern (blink) for each color. The frequency of the binding event depends on the number of binding sites and the binding frequency can be used to distinguish different integers of binding sites. FIG. 8C is an in vitro proof of principle for a DNA origami structure displaying 3, 9, 22, and 44 binding sites for red, green, and blue imager strands, respectively (color rendering not shown). Experiments are shown. Different binding levels are clearly distinguishable in each color, suggesting four possible “frequency levels” per color, resulting in barcoding, eg, 124 different possible combinations of intracellular mRNA molecules. Barcoding space can be increased by using fluorescent ON time and additional coding entities. FIG. 8C is an in vitro proof of principle for a DNA origami structure displaying 3, 9, 22, and 44 binding sites for red, green, and blue imager strands, respectively (color rendering not shown). Experiments are shown. Different binding levels are clearly distinguishable in each color, suggesting four possible “frequency levels” per color, resulting in barcoding, eg, 124 different possible combinations of intracellular mRNA molecules. Barcoding space can be increased by using fluorescent ON time and additional coding entities. FIG. 9 is a graph demonstrating that fluorescence ON time (related to dissociation rate k off ) can be adjusted independently of fluorescence OFF time (related to association rate k on ). By extension of the 9-10 nucleotide (nt) imaging / docking duplex by the addition of a single CG base pair, the kinetic OFF rate is reduced by an order of magnitude in order of (8). FIG. 10A shows a barcode probe approximately 50 nucleotides (nt) in length, 21 nt of target detection domain t * followed by 8, 9, or 10 nt of red, green, or blue imager strand Biomolecules can be tagged with a “barcode” region approximately 30 nt long with a combination of binding domains. Here, docking strands of length 8, 9 or 10 nt are each displayed in three colors with k off of 10, 1 and 0.1 per second (color rendering not shown). FIG. 10B shows a characteristic intensity versus time trace with an increased fluorescence ON time τ b for the 9 nt interaction domain compared to the 8 nt interaction domain. FIG. 10C shows a probabilistic simulation that demonstrates that k off values of 10, 1, and 0.1 per second can be distinguished. FIG. 11A shows a conventional detection method in which a single fluorophore is stably attached to the imaging surface (see FIG. 11B (1)) and a limited number of photons are emitted per “switching” event. Extraction of all photons from the “replenishable” imager strand (see FIG. 11B (2)) increases localization accuracy per switching event (middle panel), and DNA metafluorophore (See FIGS. 11B (3) and 11B (4)) shows that the number of photons per switching event is much higher (bottom) than the single fluorophore of FIG. 11B (2). . FIG. 11B (1) to FIG. 11B (3) show schematic diagrams of current imaging methods and the method of the present disclosure. FIG. 11B (1) shows a conventional detection method (eg, used in STORM) that uses a fluorophore that is stably attached to the imaging surface. FIG. 11B (2) illustrates one embodiment of the detection method of the present disclosure using a fluorophore that temporarily binds to the imaging surface. FIG. 11B (3) shows a bright metafluorophore containing 8 fluorophores in a compact DNA nanostructure. FIG. 11B (4) shows a conditional metafluorophore decorated with both a fluorophore (star) and a quencher (dark dots) that fluoresce only when temporarily bound to the surface. FIG. 11C shows a DNA origami structure in which docking sites are arranged in a 4 × 3 lattice at 20 nm intervals. A single site is optically localized with an accuracy of about 3 nm, currently the highest proven resolution [scale bar: 50 nm]. FIG. 11D shows a 280 nm × 240 nm DNA nanorectangle (single stranded tile structure (15)) displaying 2000 single stranded docking strands (dots) spaced 7 or 5 nm used as a test platform for super-resolution imaging. , An area 10 times larger than origami) [scale bar: 100 nm]. FIG. 12A (i) illustrates a schematic diagram illustrating the principle of each stage of drift correction. In each image, black markers and lines indicate the source data, and shade values and curves indicate the calculated drift correction. FIG. 12A (ii) shows a schematic diagram of the main types of drift markers (eg, DNA drift markers) used in each stage. FIG. 12B (i) shows an example of a structure indicating the quality of imaging at each stage or after correction, and FIG. 12B (ii) shows the corresponding green rectangular zoom image of FIG. 12B (i) at each stage. ing. The scale bar shown in FIG. 12B (i) and FIG. 12B (ii) corresponds to 50 nm. FIG. 12C (i) shows an example of the drift trace after each stage correction, and FIG. 12C (ii) shows the corresponding rectangular zoom image of FIG. 12C (i) at each stage. The scale bar in FIG. 12C (i) corresponds to x: 500 nm and t: 500 seconds, and the scale bar in FIG. 12C (ii) corresponds to x: 10 nm and t: 10 seconds. FIG. 13 illustrates a process for performing drift correction according to some embodiments. FIG. 14 illustrates a process for performing drift correction corresponding to stage 230 of FIG. FIG. 15 illustrates a process for performing drift correction corresponding to stage 240 of FIG. FIG. 16 illustrates a 3D tetrahedron used as a 3D drift correction template. The four corners are labeled with docking sites. FIG. 16A shows that the four corners are clearly resolved. FIG. 16B illustrates an XZ projection of a structure with a height of about 85 nm. FIG. 17 illustrates an exemplary implementation of a computer system 600 that can be used in connection with any embodiment of the present disclosure described herein. 18A-18C illustrate alternative representations of stages in the process of drift correction according to some embodiments of the present disclosure. A super-resolution image of a regular grid of 10 nm spacing on a single molecule DNA origami nanostructure is shown. The DNA origami structure was designed to be a 5 × 8 square grid with 10 nm spacing in both the vertical and horizontal directions. FIG. 18A shows a scatter plot of the collected and filtered localization, represented by a cross. FIG. 18B is a binned 2D histogram diagram of the above structure. FIG. 18C shows a 1D histogram from the projection of all the localizations of the rectangle of FIGS. 18A and 18B onto the x-axis and a least-squares fitting using 8 Gaussian components. All fitted Gaussian peaks have a standard deviation in the range of 1.5 to 2.4 nm and in principle allow a resolution of 3.5 to 5.6 nm; the spacing between adjacent peaks is 9.8. It is in the range of ˜11.0 nm and is consistent with the DNA origami design. Due to incomplete uptake of staples in the assembly reaction, a small number (in this case 5) spots are missing in the structure but not during super-resolution imaging. Figures 19A and 19B show that RNA aptamers modulate the fluorescence of GFP-like fluorophores. FIG. 19A shows the structure of HBI (green) and DMHBI associated with GFP. FIG. 19B shows that the 13-2 RNA aptamer promotes DMHBI fluorescence by stabilizing the specific molecular configuration preferred for fluorescence emission. DMHBI, DM-2 containing 13-2 RNA, DM-2 containing 13-2 RNA, or DMHBI containing total HeLa cell RNA were photographed under 365 nm light illumination. The images are montages obtained under the same image acquisition conditions. (Image by Paige et al., Reference 19). FIGS. 20A and 20B show single molecule fluorescence characterization of DFHBI binding kinetics. FIG. 20A shows a 5 ′ extension Spinach (green) immobilized on a BSA / biotin-coated glass substrate using a biotinylated DNA capture sequence (labeled with a red dye, eg, Alexa647: color rendering not shown). Yes. FIG. 20B shows the bulk fluorescence measurement of Spinach-DFHBI before (bottom line) and after (top line) addition of the aptamer, and the DFHBI binding activity required for immobilization on the glass surface of FIG. 20A. It is well maintained after the addition of the extension. 21A and 21B show the performance of the benchmark Spinach-PAINT. FIG. 21A shows a 6-fold helical DNA origami structure used to place two Spinach molecules at specified locations. FIG. 21B shows a simulated representation of super-resolution reconstruction using DNA-PAINT that localizes the DNA structure (P) and Spinach-PAINT that localizes Spinach molecules at three different distances. FIG. 22 shows a Spinach-based sensor. The allosteric variant of the Spinach-based sensor (left) includes a Spinach domain (black), a transducer module (gray), and a recognition module (light gray). In the absence of the target molecule, the transducer module is predominantly unstructured, which prevents the stabilization of the Spinach structure necessary for DFHBI activation. When the target molecule binds, the transducer module forms a duplex, resulting in structural rigidity of the Spinach module and activation of DFHBI fluorescence (Ref. 24). FIG. 23A shows examples of in vitro and in situ Exchange-PAINT chambers. FIG. 23B shows examples of in vitro and in situ Exchange-PAINT chambers.

発明の説明
本開示は、特に、核酸を使用するイメージングプローブ(例えば、DNAを使用するイメージングプローブ)を用いた、例えば、細胞環境での多重イメージングのための方法、組成物、及びキットを提供する。多重蛍光イメージングのための方法、組成物、及びキットは、得られる解像度の程度によって限定されるものではない。従って、本明細書に記載される方法、組成物、及びキットは、一般にイメージングに使用することができる。
DESCRIPTION OF THE INVENTION The present disclosure provides methods, compositions, and kits, particularly for multiplex imaging, eg, in a cellular environment, using an imaging probe that uses nucleic acids (eg, an imaging probe that uses DNA). . Methods, compositions, and kits for multiple fluorescence imaging are not limited by the degree of resolution obtained. Accordingly, the methods, compositions, and kits described herein can generally be used for imaging.

一部の態様では、本開示は、特に、核酸ベースのイメージングプローブ(例えば、DNAベースのイメージングプローブ)を使用する、例えば、細胞環境での多重超解像蛍光イメージングのための方法、組成物、及びキットをさらに提供する。本明細書で使用される「超解像」イメージングとは、同じ領域の一連の低解像度画像を組み合わせてより高い解像度の単一画像を得るプロセスのことである。本開示の多くの態様を使用して、目的の標的(例えば、生体分子)を蛍光ON状態と蛍光OFF状態との間でスイッチングして、連続的な、又は場合によっては同時の、個々の標的の局在化を可能にすることができる。蛍光「ON」状態は、蛍光が発光されている状態である。蛍光「OFF」状態は、蛍光が発光されていない状態である。2つの状態間のスイッチングは、一部の実施形態では、検出可能な標識(例えば、蛍光分子)が標識された核酸分子で達成され、この核酸分子は、この検出可能な標識(例えば、蛍光分子)を含み、標的に結合する中間部分を用いて標的に一時的に相互作用する。本開示の方法、組成物、及びキットは、一部の態様では、目的の標的標的の検出、識別、及び定量に有用である。   In some aspects, the present disclosure specifically provides methods, compositions, for example, for multiple super-resolution fluorescence imaging in a cellular environment, using nucleic acid-based imaging probes (eg, DNA-based imaging probes), And kits are further provided. As used herein, “super-resolution” imaging refers to the process of combining a series of low-resolution images of the same region to obtain a higher resolution single image. Many aspects of the present disclosure can be used to switch a target of interest (eg, a biomolecule) between a fluorescent ON state and a fluorescent OFF state to provide individual targets that are continuous or even simultaneous. Can be localized. The fluorescence “ON” state is a state in which fluorescence is emitted. The fluorescence “OFF” state is a state where no fluorescence is emitted. Switching between the two states is achieved in some embodiments with a nucleic acid molecule that is labeled with a detectable label (eg, a fluorescent molecule), the nucleic acid molecule comprising the detectable label (eg, a fluorescent molecule). ) And temporarily interact with the target using an intermediate moiety that binds to the target. The methods, compositions, and kits of the present disclosure are useful in some aspects for the detection, identification, and quantification of a target target of interest.

本開示の結合パートナー−核酸コンジュゲート(「BP−NAコンジュゲート」)は、相補的な、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖と一時的に結合する。本明細書で使用される「結合パートナー−核酸コンジュゲート」又は「BP−NAコンジュゲート」とは、一本鎖核酸(例えば、DNA)ドッキング鎖に(例えば、N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)リンカーを介して)連結された分子のことである。このコンジュゲートの結合パートナーは、目的の標的、例えば、生体分子(例えば、タンパク質又は核酸)に対して(例えば、結合する)親和性を有するあらゆる部分(例えば、抗体又はアプタマー)であり得る。一部の実施形態では、結合パートナーはタンパク質である。ドッキング鎖に連結されたタンパク質(又はペプチド)を含むBP−NA−コンジュゲートは、本明細書では、「タンパク質−核酸コンジュゲート」又は「タンパク質−NAコンジュゲート」と呼ぶこともある。本開示のコンジュゲートに使用されるタンパク質の例として、限定されるものではないが、抗体(例えば、モノクローナルモノボディー)、抗原−結合抗体断片(例えば、Fab断片)、受容体、ペプチド、及びペプチドアプタマーが挙げられる。他の結合パートナーは、本開示に従って使用することができる。本明細書では、例えば、静電(例えば、静電粒子)相互作用、疎水性相互作用、又は磁気(例えば、磁気粒子)相互作用によって標的に結合する結合パートナーが考えられる。   The binding partner-nucleic acid conjugates of the present disclosure (“BP-NA conjugates”) temporarily bind to a complementary, optionally fluorescently labeled, imager strand. As used herein, “binding partner-nucleic acid conjugate” or “BP-NA conjugate” refers to a single-stranded nucleic acid (eg, DNA) docking strand (eg, an N-hydroxysuccinimide (NHS) linker). It is a connected molecule. The binding partner of the conjugate can be any moiety (eg, antibody or aptamer) that has an affinity (eg, binds) to a target of interest, eg, a biomolecule (eg, protein or nucleic acid). In some embodiments, the binding partner is a protein. A BP-NA-conjugate comprising a protein (or peptide) linked to a docking strand is sometimes referred to herein as a “protein-nucleic acid conjugate” or “protein-NA conjugate”. Examples of proteins used in the conjugates of the present disclosure include, but are not limited to, antibodies (eg, monoclonal monobodies), antigen-binding antibody fragments (eg, Fab fragments), receptors, peptides, and peptides Aptamers are mentioned. Other binding partners can be used in accordance with the present disclosure. As used herein, binding partners are contemplated that bind to a target by, for example, electrostatic (eg, electrostatic particle) interaction, hydrophobic interaction, or magnetic (eg, magnetic particle) interaction.

本明細書で使用される「抗体」には、完全長抗体、及びその任意の抗原結合断片(例えば、「抗原−結合部分」)又は一本鎖が含まれる。「抗体」という語には、限定されるものではないが、ジスルフィド結合によって相互に連結された少なくとも2つの重(H)鎖及び2つの軽(L)鎖又はその抗原結合部分を含む糖タンパク質が含まれる。抗体は、ポリクローナル若しくはモノクローナル;異種、同種、若しくは同系;又はその修飾形態(例えば、ヒト化キメラ)であり得る。   As used herein, “antibody” includes full-length antibodies, and any antigen-binding fragment thereof (eg, “antigen-binding portion”) or single chain. The term “antibody” includes, but is not limited to, a glycoprotein comprising at least two heavy (H) chains and two light (L) chains or antigen binding portions thereof linked together by disulfide bonds. included. The antibody can be polyclonal or monoclonal; heterologous, homologous, or syngeneic; or a modified form thereof (eg, a humanized chimera).

本明細書で使用される抗体の「抗原−結合部分」とは、抗原に特異的に結合する能力を保持した抗体の1つ以上の断片のことである。抗体の抗原−結合機能は、完全長抗体の断片によって果たされ得る。抗体の「抗原−結合部分」という語の範囲に含まれる結合断片の例として、(i)Fab断片、即ちV、V、C、及びCH1ドメインからなる一価断片;(ii)F(ab’)2断片、即ちヒンジ領域のジスルフィドブリッジによって結合された2つのFab断片を含む二価断片;(iii)V及びCH1ドメインからなるFd断片;(iv)抗体の1つの腕のV及びVドメインからなるFv断片、(v)VドメインからなるdAb断片(Ward et al., Nature 341:544 546, 1989);及び(vi)単離された相補性決定領域(CDR)又は(vii)任意選択で同系リンカーによって接続され得る、2つ以上の単離されたCDRの組み合わせが挙げられる。さらに、Fv断片の2つのドメイン、V及びVは、別の遺伝子によってコードされるが、これらは、V領域とV領域とが対合して一価分子を形成する1本のタンパク質鎖(一本鎖Fv(scFv)として知られる;例えば、Bird et al. Science 242:423 426, 1988;及びHuston et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:5879-5883, 1988を参照されたい)としてこれらを形成することを可能にする同系リンカーによって、組換え法を用いて結合することができる。このような一本鎖抗体もまた、抗体の「抗原−結合部分」という語の範囲に含まれる。これらの抗体断片は、当業者に公知の従来の技術によって得られ、このような断片は、無傷の抗体と同じ方式で有用性についてスクリーニングされる。 As used herein, an “antigen-binding portion” of an antibody is one or more fragments of an antibody that retain the ability to specifically bind to an antigen. The antigen-binding function of an antibody can be performed by fragments of a full-length antibody. Examples of binding fragments that fall within the term “antigen-binding portion” of an antibody include: (i) Fab fragments, ie monovalent fragments consisting of V H , V L , C L , and C H1 domains; An F (ab ′) 2 fragment, ie a divalent fragment comprising two Fab fragments joined by a disulfide bridge in the hinge region; (iii) an Fd fragment consisting of V H and C H1 domains; (iv) one arm of the antibody An Fv fragment consisting of the V H and VL domains of (v) a dAb fragment consisting of the V H domain (Ward et al., Nature 341: 544 546, 1989); and (vi) an isolated complementarity determining region ( CDR) or (vii) a combination of two or more isolated CDRs that may optionally be connected by a cognate linker. In addition, the two domains of the Fv fragment, V H and V L , are encoded by separate genes, which are a single molecule in which the V H and V L regions combine to form a monovalent molecule. Protein chains (known as single chain Fv (scFv); see, for example, Bird et al. Science 242: 423 426, 1988; and Huston et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 5879-5883, 1988. Recombinant methods can be used to link these via cognate linkers that allow them to be formed. Such single chain antibodies are also within the scope of the term “antigen-binding portion” of an antibody. These antibody fragments are obtained by conventional techniques known to those skilled in the art, and such fragments are screened for utility in the same manner as intact antibodies.

本明細書で使用される「受容体」とは、リガンド、例えば、ペプチド又は小分子(例えば、低分子量(<900ダルトン)の有機又は無機化合物)などに結合する細胞由来分子(例えば、タンパク質)のことである。   As used herein, a “receptor” is a cell-derived molecule (eg, protein) that binds to a ligand, such as a peptide or small molecule (eg, a low molecular weight (<900 dalton) organic or inorganic compound). That is.

本明細書で使用される「ペプチドアプタマー」とは、定常足場タンパク質に挿入された可変ペプチド配列を有する分子のことである(例えば、Baines IC, et al. Drug Discov. Today 11:334-341, 2006を参照されたい)。   As used herein, a “peptide aptamer” is a molecule having a variable peptide sequence inserted into a constant scaffold protein (eg, Baines IC, et al. Drug Discov. Today 11: 334-341, (See 2006).

一部の実施形態では、BP−NAコンジュゲートの分子は、核酸、例えば、核酸アプタマーなどである。本明細書で使用される「核酸アプタマー」とは、タンパク質又は他の細胞標的を特異的に結合することができる二次構造及び三次構造を形成することができる小さいRNA分子又はDNA分子のことである(例えば、Ni X, et al. Curr Med Chem. 18(27): 4206-4214, 2011を参照されたい)。従って、一部の実施形態では、BP−NAコンジュゲートは、アプタマー−核酸コンジュゲートであり得る。   In some embodiments, the molecule of the BP-NA conjugate is a nucleic acid, such as a nucleic acid aptamer. As used herein, a “nucleic acid aptamer” is a small RNA or DNA molecule that can form secondary and tertiary structures that can specifically bind proteins or other cellular targets. (See, for example, Ni X, et al. Curr Med Chem. 18 (27): 4206-4214, 2011). Thus, in some embodiments, the BP-NA conjugate can be an aptamer-nucleic acid conjugate.

本明細書で使用される「ドッキング鎖」とは、約5ヌクレオチド〜約50ヌクレオチドの長さである(又は5ヌクレオチド〜50ヌクレオチドの長さである)一本鎖核酸(例えば、DNA)のことである。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、約4〜約60、約6ヌクレオチド〜約40ヌクレオチド、約7ヌクレオチド〜約30ヌクレオチド、約8〜約20ヌクレオチド、又は約9ヌクレオチド〜約15ヌクレオチドの長さである。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、(又は約)4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20 21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、又はそれを超えるヌクレオチドの長さである。   As used herein, “docking strand” refers to a single-stranded nucleic acid (eg, DNA) that is about 5 to about 50 nucleotides in length (or 5 to 50 nucleotides in length). It is. In some embodiments, the docking strand is about 4 to about 60, about 6 nucleotides to about 40 nucleotides, about 7 nucleotides to about 30 nucleotides, about 8 to about 20 nucleotides, or about 9 nucleotides to about 15 nucleotides in length. That's it. In some embodiments, the docking strand is (or about) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, or more nucleotides in length.

ドッキング鎖は、1つのドメイン又は2つ以上のドメイン(即ち、複数のドメイン)を有することができ、各ドメインは、それぞれのイメージャー鎖に相補的である。本明細書で使用される「ドッキング鎖ドメイン」とは、イメージャー鎖のヌクレオチド配列に相補的であるドッキング鎖のヌクレオチド配列のことである。ドッキング鎖は、例えば、1つ、2つ、3つ、又はそれを超えるドメインを含むことができ、各ドメインは、イメージャー鎖に相補的である。それぞれの相補的なイメージャー鎖は、異なる標識(例えば、赤色蛍光、青色蛍光、又は緑色蛍光)を含んでも良く、又は全ての相補的なイメージャー鎖が、同じ標識(例えば、赤色蛍光)を含んでも良い。例えば、3ドメインドッキング鎖では、このドッキング鎖は、赤色蛍光で標識されたイメージャー鎖に相補的な第1のドメイン、青色蛍光で標識されたイメージャー鎖に相補的な第2のドメイン、及び緑色蛍光で標識されたイメージャー鎖に相補的な第3のドメインを含み得る。あるいは、3つのドッキングドメインのそれぞれは、赤色蛍光で標識されたイメージャー鎖に相補的であっても良い。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、又はそれを超えるドメインを有し、それぞれは、イメージャー鎖にそれぞれ相補的である。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、1〜5、1〜10、1〜15、1〜20、1〜25、1〜50、又は1〜100のドメインを有し、それぞれは、イメージャー鎖にそれぞれ相補的である。   A docking strand can have one domain or more than one domain (ie, multiple domains), each domain being complementary to a respective imager strand. As used herein, a “docking strand domain” is a nucleotide sequence of a docking strand that is complementary to the nucleotide sequence of an imager strand. The docking strand can include, for example, one, two, three, or more domains, each domain being complementary to the imager strand. Each complementary imager strand may contain a different label (eg, red fluorescence, blue fluorescence, or green fluorescence), or all complementary imager strands may have the same label (eg, red fluorescence). May be included. For example, in a three-domain docking strand, the docking strand is a first domain complementary to an imager strand labeled with red fluorescence, a second domain complementary to an imager strand labeled with blue fluorescence, and A third domain complementary to the imager strand labeled with green fluorescence may be included. Alternatively, each of the three docking domains may be complementary to the imager strand labeled with red fluorescence. In some embodiments, the docking strand has at least 2, at least 3, at least 4, at least 5, or more domains, each of which is respectively complementary to the imager strand. In some embodiments, the docking strand has 1 to 5, 1 to 10, 1 to 15, 1 to 20, 1 to 25, 1 to 50, or 1 to 100 domains, each of which is an imager Each is complementary to a strand.

本明細書で使用される「イメージャー鎖」とは、約4〜約30ヌクレオチド、約5〜約18ヌクレオチド、約6〜約15ヌクレオチド、約7〜約12ヌクレオチド、又は約8〜10ヌクレオチドの長さであり、かつ蛍光標識されている一本鎖核酸(例えば、DNA)のことである。一部の実施形態では、イメージャー鎖は、(又は約)4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、若しくは30のヌクレオチドの長さであり得る。本開示のイメージャー鎖は、ドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する。2つの核酸又は核酸ドメインは、互いに塩基対を形成する、又は互いに結合してワトソン−クリック相互作用によって二本鎖核酸分子を形成する場合は、互いに「相補的」である。本明細書で使用される「結合」とは、例えば、生理学的条件下で静電相互作用、疎水性相互作用、イオン相互作用、及び/又は水素結合相互作用による少なくとも2つの分子間の会合のことである。イメージャー鎖は、例えば、室温で、ドッキング鎖の相補的な領域に結合して短時間のうちにこのドッキング鎖から解離する場合、ドッキング鎖に一時的に結合すると見なされる。一部の実施形態では、イメージャー鎖は、約0.1〜約10又は約0.1〜約5秒間、ドッキング鎖との結合を維持する。例えば、イメージャー鎖は、約0.1、約1、約5、又は約10秒間、ドッキング鎖との結合を維持し得る。   As used herein, “imager strand” refers to about 4 to about 30 nucleotides, about 5 to about 18 nucleotides, about 6 to about 15 nucleotides, about 7 to about 12 nucleotides, or about 8 to 10 nucleotides. A single-stranded nucleic acid (eg, DNA) that is long and fluorescently labeled. In some embodiments, the imager strand is (or about) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, It can be 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30 nucleotides in length. The imager strand of the present disclosure is complementary to the docking strand and temporarily binds to the docking strand. Two nucleic acids or nucleic acid domains are “complementary” to each other if they form a base pair with each other or bind to each other to form a double-stranded nucleic acid molecule by Watson-Crick interaction. As used herein, “binding” refers to the association of at least two molecules by, for example, electrostatic, hydrophobic, ionic, and / or hydrogen bonding interactions under physiological conditions. That is. An imager strand is considered to temporarily bind to a docking strand if, for example, it binds to a complementary region of the docking strand and dissociates from this docking strand in a short time at room temperature. In some embodiments, the imager strand remains associated with the docking strand for about 0.1 to about 10 or about 0.1 to about 5 seconds. For example, the imager strand can remain associated with the docking strand for about 0.1, about 1, about 5, or about 10 seconds.

本開示のイメージャー鎖は、検出可能な標識で標識することができる(例えば、蛍光標識、従って「蛍光標識された」と見なされる)。例えば、一部の実施形態では、イメージャー鎖は、少なくとも1つ(即ち、1つ以上)のフルオロフォアを含み得る。本開示に従って使用されるフルオロフォアの例として、限定されるものではないが、キサンテン誘導体(例えば、フルオレセイン、ローダミン、オレゴングリーン、エオシン、及びテキサスレッド)、シアニン誘導体(例えば、シアニン、インドカルボシアニン、オキサカルボシアニン、チアカルボシアニン、及びメロシアニン)、ナフタレン誘導体(例えば、ダンシル及びプロダン誘導体)、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体(例えば、ピリジルオキサゾール、ニトロベンズオキサジアゾール、及びベンゾオキサジアゾール)、ピレン誘導体(例えば、カスケードブルー)、オキサジン誘導体(例えば、ナイルレッド、ナイルブルー、クレシルバイオレット、及びオキサジン170)、アクリジン誘導体(例えば、プロフラビン、アクリジンオレンジ、及びアクリジンイエロー)、アリールメチン誘導体(arylmethine derivative)(例えば、オーラミン、クリスタルバイオレット、及びマラカイトグリーン)、及びテトラピロール誘導体(例えば、ポルフィン、フタロシアニン、及びビリルビン)が挙げられる。他の検出可能な標識、例えば、金ナノ粒子又は他の検出可能な粒子若しくは部分などを、本開示に従って使用することができる。   The imager strands of the present disclosure can be labeled with a detectable label (eg, considered fluorescent labels, and thus “fluorescently labeled”). For example, in some embodiments, the imager strand can include at least one (ie, one or more) fluorophores. Examples of fluorophores used according to the present disclosure include, but are not limited to, xanthene derivatives (eg, fluorescein, rhodamine, oregon green, eosin, and Texas red), cyanine derivatives (eg, cyanine, indocarbocyanine, Oxacarbocyanine, thiacarbocyanine, and merocyanine), naphthalene derivatives (eg, dansyl and prodane derivatives), coumarin derivatives, oxadiazole derivatives (eg, pyridyloxazole, nitrobenzoxadiazole, and benzooxadiazole), pyrene Derivatives (eg, cascade blue), oxazine derivatives (eg, Nile Red, Nile Blue, cresyl violet, and oxazine 170), acridine derivatives (eg, proflavine, Chestnut Gin orange, and acridine yellow), arylmethine derivative (Arylmethine derivative) (e.g., auramine, crystal violet, and malachite green), and tetrapyrrole derivatives (e.g., porphine, phthalocyanine, and bilirubin) can be mentioned. Other detectable labels, such as gold nanoparticles or other detectable particles or moieties, can be used in accordance with the present disclosure.

本明細書に使用される「スペクトルの異なる」分子(例えば、コンジュゲート及び/又はイメージャー鎖)とは、異なるスペクトル信号又は波長の標識(例えば、フルオロフォア)を有する分子のことである。例えば、Cy2フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖は、約510nmの光の波長で信号を放射するが、Cy5フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖は、約670nmの光の波長で信号を放射する。従って、Cy2標識されたイメージャー鎖は、本明細書では、Cy5標識イメージャー鎖とはスペクトルが異なると見なされる。逆に、本明細書の本開示の「スペクトルが異ならない」分子とは、同じスペクトル信号又は波長を有する標識を含む分子のことである。即ち、標識の放射波長は、(例えば、波長が互いに同じか又は近いため)2つのスペクトルが異ならない蛍光標識分子を区別することができない。   As used herein, a “spectrally different” molecule (eg, a conjugate and / or imager chain) is a molecule that has a different spectral signal or wavelength label (eg, a fluorophore). For example, an imager strand labeled with a Cy2 fluorophore emits a signal at a light wavelength of about 510 nm, whereas an imager strand labeled with a Cy5 fluorophore emits a signal at a light wavelength of about 670 nm. . Thus, a Cy2 labeled imager strand is considered herein to have a different spectrum than a Cy5 labeled imager strand. Conversely, a “non-spectrally different” molecule of the present disclosure herein is a molecule that includes a label having the same spectral signal or wavelength. That is, the label emission wavelength cannot distinguish between fluorescently labeled molecules whose two spectra are not different (eg, because the wavelengths are the same or close to each other).

本開示のBP−NAコンジュゲート(例えば、タンパク質−核酸コンジュゲート)は、一部の実施形態では、(例えば、共有結合又は非共有結合で)分子をドッキング鎖に連結する介在リンカーを含み得る。介在リンカーは、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含み得る。例えば、一部の実施形態では、抗体及びドッキング鎖はそれぞれ、図2に示されているように、ビオチン化され(即ち、少なくとも1つのビオチン分子に結合され)、介在ストレプトアビジン分子へのビオチンの結合によって互いに連結され得る。他の介在リンカーも、本開示に従って使用することができる。一部の実施形態では、例えば、分子が核酸である場合は、介在リンカーが必要ないであろう。例えば、BP−NAコンジュゲートのドッキング鎖は、核酸分子、例えば、核酸アプタマーなどの延長部(例えば、5’又は3’延長部)であり得る。   The BP-NA conjugates of the present disclosure (eg, protein-nucleic acid conjugates) may include an intervening linker that links the molecule to the docking strand (eg, covalently or non-covalently) in some embodiments. The intervening linker may comprise biotin and / or streptavidin. For example, in some embodiments, the antibody and docking strand are each biotinylated (ie, bound to at least one biotin molecule) as shown in FIG. 2, and the biotin on the intervening streptavidin molecule. They can be linked together by a bond. Other intervening linkers can also be used in accordance with the present disclosure. In some embodiments, for example, if the molecule is a nucleic acid, an intervening linker may not be necessary. For example, the docking strand of a BP-NA conjugate can be an extension (eg, a 5 'or 3' extension) of a nucleic acid molecule, eg, a nucleic acid aptamer.

複数のBP−NAコンジュゲート(例えば、後タンパク質−核酸コンジュゲート)及びイメージャー鎖が本明細書に記載される。複数とは、同じ種又は異なる種の集団であり得る。同じ種の複数のBP−NAコンジュゲートは、全て同じ標的(例えば、生体分子)(例えば、同じエピトープ又は領域/ドメイン)に結合するコンジュゲートを含み得る。逆に、異なる種の複数のBP−NAコンジュゲートは、コンジュゲート又はコンジュゲートのサブセットを含み得、コンジュゲート又はコンジュゲートのサブセットはそれぞれ、同じ標的又は異なる標的の異なるエピトープに結合する。同じ種の複数のイメージャー鎖は、同じヌクレオチド配列及び同じ蛍光標識(例えば、Cy2、Cy3、又はCy4)を有するイメージャー鎖を含み得る。逆に、異なる種の複数のイメージャー鎖は、異なるヌクレオチド配列(例えば、DNA配列)及び異なる蛍光標識(例えば、Cy2、Cy3、又はCy4)又は異なるヌクレオチド配列及び同じ蛍光(例えば、全てCy2)を有するイメージャー鎖を含み得る。所与の複数のBP−NAコンジュゲートの異なる種の数は、結合パートナー(例えば、抗体)の数及び異なるヌクレオチド配列のドッキング鎖(従って、相補的なイメージャー鎖)の数によって限定される。一部の実施形態では複数のBP−NAコンジュゲート(例えば、タンパク質−核酸コンジュゲート)は、少なくとも10、50、100、500、1000、2000、3000、4000、5000、10、50000、10、10、10、10、10、10、1010、1011のBP−NAコンジュゲートを含む。同様に、一部の実施形態では、複数の蛍光標識イメージャー鎖は、少なくとも10、50、100、500、1000、2000、3000、4000、5000、10、50000、10、10、10、10、10、10、1010、1011の蛍光標識イメージャー鎖を含む。一部の実施形態では複数は、1〜約200又はそれを超える異なる種のBP−NAコンジュゲート及び/又はイメージャー鎖を含み得る。例えば、複数は、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200又はそれを超える異なる種を含み得る。一部の実施形態では複数は、約5未満〜約200未満の異なる種のBP−NAコンジュゲート及び/又はイメージャー鎖を含み得る。例えば、複数は、5未満、6未満、7未満、8未満、9未満、10未満、15未満、20未満、25未満、30未満、35未満、40未満、45未満、50未満、55未満、60未満、65未満、70未満、75未満、80未満、85未満、90未満、95未満、100未満、125未満、150未満、175未満、又は200未満の異なる種を含み得る。 Multiple BP-NA conjugates (eg, post protein-nucleic acid conjugates) and imager chains are described herein. A plurality can be the same species or a population of different species. Multiple BP-NA conjugates of the same species can include conjugates that all bind to the same target (eg, biomolecule) (eg, the same epitope or region / domain). Conversely, multiple BP-NA conjugates of different species can include conjugates or subsets of conjugates, each conjugate or subset of conjugates binding to different epitopes on the same target or different targets. Multiple imager strands of the same species can include imager strands having the same nucleotide sequence and the same fluorescent label (eg, Cy2, Cy3, or Cy4). Conversely, multiple imager strands of different species have different nucleotide sequences (eg, DNA sequences) and different fluorescent labels (eg, Cy2, Cy3, or Cy4) or different nucleotide sequences and the same fluorescence (eg, all Cy2). It may contain imager strands. The number of different species of a given plurality of BP-NA conjugates is limited by the number of binding partners (eg, antibodies) and the number of docking strands (and thus complementary imager strands) of different nucleotide sequences. In some embodiments, the plurality of BP-NA conjugates (eg, protein-nucleic acid conjugates) are at least 10, 50, 100, 500, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 10 4 , 50000, 10 5. 10 5 , 10 6 , 10 7 , 10 8 , 10 9 , 10 10 , 10 11 BP-NA conjugates. Similarly, in some embodiments, a plurality of fluorescent labels imager chain, at least 10,50,100,500,1000,2000,3000,4000,5000,10 4, 50000,10 5, 10 5, 10 6 , 10 7 , 10 8 , 10 9 , 10 10 , 10 11 fluorescently labeled imager strands. In some embodiments, the plurality may comprise 1 to about 200 or more different species of BP-NA conjugates and / or imager chains. For example, the plurality is at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 125, 150, 175, 200 or more different species may be included. In some embodiments, the plurality may comprise less than about 5 to less than about 200 different species of BP-NA conjugates and / or imager chains. For example, the plurality is less than 5, less than 6, less than 7, less than 8, less than 9, less than 10, less than 15, less than 20, less than 25, less than 30, less than 35, less than 40, less than 45, less than 50, less than 55, It may include less than 60, less than 65, less than 70, less than 75, less than 80, less than 85, less than 90, less than 95, less than 100, less than 125, less than 150, less than 175, or less than 200 different species.

本開示は、標的に直接結合することができるドッキング鎖も企図し得る。例えば、図8Aに示されているように、ドッキング鎖は、イメージャー−結合ドメイン(例えば、同じ又は異なるフルオロフォアを有する1つ、2つ、3つ、又はそれを超える)に加えて、標的、例えば、mRNA若しくは他の核酸に相補的であり、これに結合する標的ドメインを含み得る。   The present disclosure may also contemplate a docking strand that can bind directly to a target. For example, as shown in FIG. 8A, the docking strand can be attached to the imager-binding domain (eg, one, two, three, or more having the same or different fluorophores) For example, it may include a target domain that is complementary to and binds to mRNA or other nucleic acid.

方法
本明細書に記載される方法は、核酸ドッキング鎖及びイメージャー鎖がプログラム可能であることに部分的に基づいている。即ち、例えば、ドッキング鎖及びイメージャー鎖は、特定の条件下で特定の時間互いに結合するように設計することができる。このプログラム可能であることは、本明細書に記載されるように、イメージャー鎖のドッキング鎖への一時的な結合を可能にする。一般に、本明細書に記載される方法は、特定のサンプル(例えば、生体サンプル)中で1つ以上の標的(例えば、タンパク質又は核酸のような生体分子)を特定することに関する。場合によっては、1つ以上の標的がサンプル中に存在するか否かは未知である。従って、本開示の方法は、標的を含む疑いのあるサンプル中の1つ以上の標的の存在又は非存在を決定するために使用することができる。本明細書に記載される態様及び実施形態のいずれか1つでは、サンプルは、1つ以上の標的を含み得るか、又は含む疑いがあり得る。
Methods The methods described herein are based in part on the programmable nucleic acid docking strand and imager strand. That is, for example, the docking strand and the imager strand can be designed to bind to each other for a specific time under specific conditions. This programmability allows for temporary binding of the imager strand to the docking strand, as described herein. In general, the methods described herein relate to identifying one or more targets (eg, biomolecules such as proteins or nucleic acids) in a particular sample (eg, a biological sample). In some cases, it is unknown whether one or more targets are present in the sample. Accordingly, the methods of the present disclosure can be used to determine the presence or absence of one or more targets in a sample suspected of containing a target. In any one of the aspects and embodiments described herein, the sample may contain or be suspected of containing one or more targets.

本明細書に記載される方法はまた、1つの標的(例えば、特定のタンパク質など)の絶対量、又は1つの標的の1つ以上の他の標的に対する量を特定するために使用することもできる。   The methods described herein can also be used to identify the absolute amount of one target (eg, a particular protein), or the amount of one target relative to one or more other targets. .

さらに、本明細書に記載される方法は、標的のサンプル内での位置、又はサンプル内での他の標的に対する標的の位置を特定するために使用することができる。   In addition, the methods described herein can be used to locate a target within a sample, or a target's position relative to other targets within the sample.

本明細書に記載される方法は、一部の実施形態では、サンプルを(a)ドッキング鎖に連結された結合パートナーを含む少なくとも1つのBP−NAコンジュゲート(例えば、タンパク質−核酸コンジュゲート)及び(b)この少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの、任意選択で蛍光標識される、標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び続いて、この少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートがサンプル中の少なくとも1つの標的(例えば、生体分子標的)に結合するか否かを決定するステップを含み得る。一部の実施形態では、この決定するステップは、少なくとも1つの標識された(任意選択で蛍光標識される)イメージャー鎖の少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を(例えば、タイムラプス蛍光顕微鏡技術を用いて)画像化するステップを含む。   The methods described herein, in some embodiments, comprise in a sample (a) at least one BP-NA conjugate (eg, a protein-nucleic acid conjugate) comprising a binding partner linked to a docking strand and (B) contacting at least one, optionally fluorescently-labeled labeled imager strand that is complementary to and temporarily bound to the docking strand of the at least one BP-NA conjugate. And, subsequently, determining whether the at least one BP-NA conjugate binds to at least one target (eg, a biomolecular target) in the sample. In some embodiments, this determining step comprises temporary binding of at least one labeled (optionally fluorescently labeled) imager strand to the docking strand of at least one BP-NA conjugate. Imaging (e.g., using time-lapse fluorescence microscopy techniques).

本明細書に記載される他の方法は、一部の実施形態では、サンプルを(a)それぞれドッキング鎖に連結された結合パートナーを含む少なくとも2つのBP−NAコンジュゲート及び(b)この少なくとも2つの異なるBP−NAコンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する、任意選択でスペクトルが異なり蛍光標識される、少なくとも2つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び続いて、この少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートがサンプル中の少なくとも1つ、又は少なくとも2つの標的(例えば、生体分子標的)に結合するか否かを決定するステップを含み得る。BP−NAコンジュゲートのそれぞれの標的への結合は、任意選択でスペクトルが異なり蛍光標識される、少なくとも2つの標識イメージャー鎖のうちの1つの、少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートのうちの1つのドッキング鎖への一時的な結合をイメージングして第1の画像を形成するステップ、及び続いて、任意選択でスペクトルが異なり蛍光標識される、少なくとも2つの標識イメージャー鎖のうちの別の、少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートのうちの別のドッキング鎖への一時的な結合をイメージングして第2の画像を形成するステップによって決定することができる。一部の実施形態では、この方法は、第1の画像と第2の画像を組み合わせて信号(例えば、蛍光信号)の合成画像を形成するステップをさらに含み、複合画像の信号(例えば、蛍光信号)が、少なくとも2つの標的を表している。本明細書で使用される「合成画像」とは、同じ(又は実質的に同様の)領域の複数の画像を組み合わせる(例えば、オーバーレイする)ことによって形成される1つの画像のことである。合成画像はまた、本明細書の他の部分に記載されているように、超解像度画像とも呼ばれることもある。   Other methods described herein include, in some embodiments, a sample (a) at least two BP-NA conjugates each comprising a binding partner linked to a docking strand and (b) the at least two Contact with at least two labeled imager strands that are complementary to each docking strand of two different BP-NA conjugates and that temporarily bind to this docking strand, and optionally fluorescently labeled with different spectra. And, subsequently, determining whether the at least two BP-NA conjugates bind to at least one, or at least two targets (eg, biomolecular targets) in the sample. Binding of each BP-NA conjugate to each target is optionally one of at least two labeled imager strands, one of at least two BP-NA conjugates that are spectrally different and fluorescently labeled. Imaging a temporary binding to one docking strand to form a first image, and subsequently another of the at least two labeled imager strands, optionally spectrally different and fluorescently labeled, Temporary binding of at least two BP-NA conjugates to another docking strand can be imaged to determine a second image. In some embodiments, the method further comprises combining a first image and a second image to form a composite image of a signal (eg, a fluorescent signal), and a composite image signal (eg, a fluorescent signal). ) Represents at least two targets. As used herein, a “composite image” is an image formed by combining (eg, overlaying) multiple images of the same (or substantially similar) region. A composite image may also be referred to as a super-resolution image, as described elsewhere herein.

図3は、固定HeLa細胞サンプル中の生体分子を標識するために2つの異なる種のBP−NAコンジュゲート(例えば、抗体−核酸コンジュゲート)が使用される本開示の一実施形態を示している。1つの種の抗体−核酸コンジュゲートは、ミトコンドリアのエピトープを認識してこれに結合する抗体を含む。ミトコンドリア特異的抗体は、Cy3b標識イメージャー鎖に相補的な配列を有するドッキング鎖に連結される。他の種の抗体−核酸コンジュゲートは、微小管のエピトープを認識してこれに結合する抗体を含む。微小管特異的抗体は、ATTO655標識イメージャー鎖に相補的な配列を有するドッキング鎖に連結される。次いで、2つのスペクトルの異なる種のイメージャー鎖が同時に導入される:一方の種は、Cy3bで標識され、かつミトコンドリア特異的抗体に連結されたドッキング鎖に相補的であり、他方の種は、ATTO655で標識されかつ微小管特異的抗体に連結されたドッキング鎖に相補的である。Cy3b標識イメージャー鎖とATTO655標識イメージャー鎖との両方が、サンプルを含む溶液中に同時に存在する間に、イメージングが、Cy3bチャネル及びATTO655チャネルで連続的に行われる。   FIG. 3 illustrates one embodiment of the present disclosure in which two different species of BP-NA conjugates (eg, antibody-nucleic acid conjugates) are used to label biomolecules in fixed HeLa cell samples. . One type of antibody-nucleic acid conjugate comprises an antibody that recognizes and binds to a mitochondrial epitope. The mitochondrial specific antibody is linked to a docking strand having a sequence complementary to the Cy3b labeled imager strand. Other types of antibody-nucleic acid conjugates include antibodies that recognize and bind to microtubule epitopes. The microtubule specific antibody is linked to a docking strand having a sequence complementary to the ATTO655 labeled imager strand. Two spectra of different species of imager chains are then introduced simultaneously: one species is complementary to the docking strand labeled with Cy3b and linked to a mitochondrial specific antibody, the other species is It is complementary to the docking strand labeled with ATTO655 and linked to a microtubule specific antibody. Imaging is performed sequentially on the Cy3b and ATTO655 channels while both the Cy3b labeled imager strand and the ATTO655 labeled imager strand are present simultaneously in the solution containing the sample.

本明細書に提供されるなお他の方法は、一部の実施形態では、サンプルを(a)それぞれドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも2つのBP−NAコンジュゲート及び(b)この少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつこのドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つのスペクトルの異なる(例えば、同じフルオロフォアで標識された)蛍光標識されたイメージャー鎖に接触させるステップ、及び続いて、この少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートがサンプル中の少なくとも2つの標的(例えば、生体分子標的)に結合するか否かを決定するステップを含み得る。一部の実施形態では、この方法は、次の順序で、サンプルを第1のBP−NAコンジュゲート及び少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的で、このドッキング鎖に一時的に結合する第1の蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、第1のBP−NAコンジュゲートが第1の標的に結合するか否かを決定するステップ、第1の蛍光標識イメージャー鎖を除去するステップ、サンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的で、このドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートが少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップを含む。   Still other methods provided herein include, in some embodiments, a sample comprising: (a) at least two BP-NA conjugates each comprising a protein linked to a docking strand; and (b) the at least two At least two spectrally different (eg, labeled with the same fluorophore) fluorescently labeled imagers that are complementary to each docking strand of one BP-NA conjugate and that temporarily bind to the docking strand Contacting the chain, and subsequently determining whether the at least two BP-NA conjugates bind to at least two targets (eg, biomolecular targets) in the sample. In some embodiments, the method comprises contacting the sample with the first BP-NA conjugate and at least one other BP-NA conjugate in the following order: Contacting a first fluorescently labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the NA conjugate, whether the first BP-NA conjugate binds to the first target Determining whether or not, removing the first fluorescently-labeled imager strand, complementary to the docking strand of at least one other BP-NA conjugate and temporarily binding to the docking strand Contacting with at least one other fluorescently labeled imager strand, and at least one other BP-NA conjugate is reduced Both comprising determining whether binding to one other target.

あるいは、他の実施形態では、方法は、次の順序で、サンプルを第1のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的で、このドッキング鎖に一時的に結合する第1の蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、第1のBP−NAコンジュゲートが第1の標的(例えば、生体分子)に結合するか否かを決定するステップ、第1の蛍光標識イメージャー鎖を除去するステップ、サンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ、サンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖に相補的で、このドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ、及び少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートが少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップを含む。   Alternatively, in other embodiments, the method comprises contacting the sample with the first BP-NA conjugate in the following order: the sample is complementary to the docking strand of the first BP-NA conjugate; Contacting a first fluorescently labeled imager strand that temporarily binds to the docking strand, determining whether the first BP-NA conjugate binds to a first target (eg, a biomolecule); Removing the first fluorescently labeled imager strand, contacting the sample with at least one other BP-NA conjugate, and bringing the sample into the docking strand of at least one other BP-NA conjugate. Contacting with at least one other fluorescently labeled imager strand that is complementary and that temporarily binds to the docking strand; Beauty at least one other BP-NA conjugate comprises determining whether binding to at least one other target.

一部の実施形態では、第1の決定するステップは、第1の蛍光標識イメージャー鎖の、第1のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合をイメージングして第1の画像を形成するステップを含み、第2の決定するステップは、少なくとも1つの他の蛍光標識イメージャー鎖の、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合をイメージングして第2の画像を形成するステップを含む。一部の実施形態では、この方法は、第1の画像の蛍光信号に疑似カラーを割り当てるステップ、及び第2の画像の蛍光信号に少なくとも1つの他の疑似カラーを割り当てるステップをさらに含む。なおさらに、一部の実施形態では、この方法は、第1の画像と第2の画像とを組み合わせて疑似カラー信号の合成画像を形成するステップを含み、この合成画像の疑似カラー信号が、少なくとも2つの標的(例えば、生体分子標的)を表している。図4Aに例示されているように、ステップ[1]で、3つの異なる種のドッキング鎖(a、b、c)が、(例示目的のために選択された)格子の表面を標識する。ステップ[2]で、イメージャー鎖aの複数のコピーが導入され、ドッキング鎖aで標識された点が画像化される。ステップ[3]で、イメージャー鎖aのコピーが洗い流され、イメージャー鎖bが導入されてb標識された点が画像化される。ステップ[4]で、c標識された点が、同じ要領で画像化される。ステップ[5]で、ステップ[2〜4]の画像に、(例えば、ソフトウェアプログラムを用いて)人工の疑似カラーが割り当てられ、組み合わせられて最終的な合成画像が形成される。全てのイメージャー鎖を同じフルオロフォアで標識することができる − 即ち、イメージャー鎖はスペクトルが異なっていない。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、結合パートナー(例えば、タンパク質、例えば、抗体、又は核酸、例えば、DNA若しくは核酸アプタマー)に連結される。 In some embodiments, the first determining step images the temporary binding of the first fluorescently labeled imager strand to the docking strand of the first BP-NA conjugate to form the first image. And the second determining step images the transient binding of at least one other fluorescently labeled imager strand to the docking strand of at least one other BP-NA conjugate. Forming a second image. In some embodiments, the method further includes assigning a pseudo color to the fluorescence signal of the first image and assigning at least one other pseudo color to the fluorescence signal of the second image. Still further, in some embodiments, the method includes combining the first image and the second image to form a composite image of the pseudo color signal, the pseudo color signal of the composite image being at least Two targets are represented (eg, biomolecular targets). As illustrated in FIG. 4A, in step [1], three different species of docking strands (a, b, c) label the surface of the lattice (selected for illustrative purposes). In step [2], multiple copies of imager strand a * are introduced and the points labeled with docking strand a are imaged. In step [3], a copy of the imager chain a * is washed away and the imager chain b * is introduced and the b-labeled point is imaged. In step [4], the c-labeled point is imaged in the same way. In step [5], artificial false colors are assigned (eg, using a software program) to the images in steps [2-4] and combined to form the final composite image. All imager strands can be labeled with the same fluorophore—that is, the imager strands are not spectrally different. In some embodiments, the docking strand is linked to a binding partner (eg, protein, eg, antibody, or nucleic acid, eg, DNA or nucleic acid aptamer).

本開示の方法の利点は、区分け及び連続的なイメージングを用いて、唯1つの最適化蛍光色素で最大数百もの異なる種の多数超解像度画像を得ることができることである。これらの方法を用いると、異なるヌクレオチド配列(例えば、DNA配列)の数が、スペクトルの異なる色素の数とは異なり、多重能力を制限する。本開示の一部の方法、例えば、9ヌクレオチドの長さのイメージャー鎖を使用する方法では、単一のサンプルに使用することができる数百の種が、結合キネティクスのためにタイトな境界内に存在し、直接的な「従来の」イメージング方式と比較して、多重化の大幅な増加を表している。   An advantage of the disclosed method is that multiple super-resolution images of up to hundreds of different species can be obtained with only one optimized fluorescent dye using segmentation and sequential imaging. With these methods, the number of different nucleotide sequences (eg, DNA sequences) is different from the number of dyes with different spectra, limiting the ability to multiplex. In some methods of the present disclosure, for example, using a 9 nucleotide long imager strand, hundreds of species that can be used in a single sample are within tight boundaries due to binding kinetics. And represents a significant increase in multiplexing compared to direct “conventional” imaging schemes.

図5Aは、スペクトルの異なるイメージャー鎖を用いる本明細書に開示の別の実施形態を例示している。1つのDNAナノ構造が、それぞれ数字の0〜3に類似するように設計された(任意選択で、タンパク質結合パートナー又は核酸結合パートナーに連結される)4つの異なる種のドッキング鎖を表示している。イメージングは、単純な流動チャンバの構成を用いて連続的に行われ、数字の0のドッキング鎖に相補的な蛍光標識イメージャー鎖で最初のフラッシュが行われ、次いで、蛍光標識イメージャー鎖の溶液を、数字の1のドッキング鎖に相補的な配列の溶液と交換し、他の数字でもこのステップを続ける。得られた画像に、それぞれのイメージングサイクルを表すように疑似カラーを付ける。本明細書で使用される「イメージングサイクル」又は「イメージングラウンド」とは、ドッキング鎖に相補的な蛍光標識イメージャー鎖を、たとえ一時的であったとしてもこのイメージャー鎖のドッキング鎖への結合を可能にする条件下で導入し、画像を得る(又は領域をイメージングする)プロセスのことである。   FIG. 5A illustrates another embodiment disclosed herein using imager strands with different spectra. One DNA nanostructure displays four different species of docking strands (optionally linked to a protein binding partner or nucleic acid binding partner) each designed to resemble the numbers 0-3 . Imaging is performed continuously using a simple flow chamber configuration, with an initial flush with a fluorescently labeled imager strand complementary to the number 0 docking strand, and then a solution of the fluorescently labeled imager strand. Is replaced with a solution of sequence complementary to the docking strand of the number 1 and this step continues with other numbers. The obtained image is given a pseudo color to represent each imaging cycle. As used herein, “imaging cycle” or “imaging round” refers to the binding of a fluorescently labeled imager strand that is complementary to the docking strand to the docking strand of the imager strand, even if transient. It is a process for obtaining an image (or imaging an area) by introducing it under a condition that enables the above.

本開示の態様は、上記のように、複数のドメインのドッキング鎖(例えば、2つ以上のドメインを含むドッキング鎖)を用いる多重検出も企図する。例示目的として、以下の実施形態は、例えば、介在結合パートナーなしで標的に結合するドッキング鎖について説明される。しかしながら、複数のドメインのドッキング鎖は、本明細書に記載されるように、(例えば、BP−NAコンジュゲートの)結合パートナーに連結され得ることを理解されたい。   Aspects of the present disclosure also contemplate multiplex detection using multiple domain docking strands (eg, docking strands comprising two or more domains) as described above. For illustrative purposes, the following embodiments are described, for example, for a docking strand that binds to a target without an intervening binding partner. However, it should be understood that docking strands of multiple domains can be linked to a binding partner (eg, of a BP-NA conjugate) as described herein.

一部の実施形態では、方法は、1つ以上の標的を、それぞれ2つ以上の結合ドメインを含む1つ以上のドッキング鎖に接触させるステップを含む。他の実施形態では、方法は、1つ以上の標的を、それぞれ1つの結合ドメインを含む2つ以上のドッキング鎖に接触させるステップを含む。ドッキング鎖のドメインは、直交配列を有し得る。以下の実施例では、3つ全ての標的(タンパク質#1〜#3)がサンプル中に存在する。   In some embodiments, the method comprises contacting one or more targets with one or more docking strands each comprising two or more binding domains. In other embodiments, the method comprises contacting one or more targets with two or more docking strands each containing one binding domain. The domain of the docking strand can have an orthogonal sequence. In the following example, all three targets (proteins # 1- # 3) are present in the sample.

スペクトル解像に基づいた検出。例示的な多重標的検出法は次の通りである。サンプルは、3つの標的種 − タンパク質#1、タンパク質#2、及びタンパク質#3を含むか、又は含む疑いがある。3つのドッキング鎖は:第1のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインAを含み、タンパク質#1に結合し;第2のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインBを含み、タンパク質#2に結合し;第3のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインA及びBを含み、タンパク質#3に結合する、ように設計されている。相補的なイメージャー鎖A’は、ドッキング鎖のイメージャー結合ドメインAに結合し、かつ青色フルオロフォアで標識され、イメージャー鎖B’は、ドッキング鎖のイメージャー結合ドメインBに結合し、かつ赤色フルオロフォアで標識される。サンプルは、まずドッキング鎖に接触され、続いて、イメージャー鎖A’及びB’に接触される。次いで、サンプルは画像化される。ドッキング鎖及びイメージャー鎖を含むサンプルは、青色フルオロフォアを検出する条件下で最初に画像化される。青色フルオロフォアの画像化により、それぞれ青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖によって結合されたタンパク質#1及びタンパク質#3を検出する。赤色フルオロフォアの画像化により、それぞれ赤色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖によって結合されたタンパク質#2及びタンパク質#3を検出する。赤色フルオロフォアの画像と青色フルオロフォアの画像との重ね合わせにより、赤色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖及び青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖によって結合されたタンパク質#3のみを検出する。従って、タンパク質#1〜#3の識別及び位置が、それぞれ赤色フルオロフォア及び青色フルオロフォアを検出する画像のオーバーレイによって特定される。   Detection based on spectral resolution. An exemplary multiple target detection method is as follows. The sample contains or is suspected of containing three target species—protein # 1, protein # 2, and protein # 3. The three docking strands are: the first docking strand contains imager binding domain A and binds to protein # 1; the second docking strand contains imager binding domain B and binds to protein # 2; The third docking strand contains imager binding domains A and B and is designed to bind to protein # 3. Complementary imager strand A ′ binds to imager binding domain A of the docking strand and is labeled with a blue fluorophore, imager strand B ′ binds to imager binding domain B of the docking strand, and Labeled with a red fluorophore. The sample is first contacted with the docking strand and then contacted with imager strands A 'and B'. The sample is then imaged. Samples containing docking strands and imager strands are first imaged under conditions that detect blue fluorophores. Imaging of the blue fluorophore detects protein # 1 and protein # 3 bound by the imager strand labeled with the blue fluorophore, respectively. Imaging of the red fluorophore detects protein # 2 and protein # 3 bound by the imager strands labeled with the red fluorophore, respectively. By superimposing the image of the red fluorophore and the image of the blue fluorophore, only the protein # 3 bound by the imager chain labeled with the red fluorophore and the imager chain labeled with the blue fluorophore is detected. Thus, the identification and location of proteins # 1- # 3 are identified by image overlays that detect the red and blue fluorophores, respectively.

イメージャー鎖の交換に基づいた検出。別の例示的な多重標的検出法は次の通りである:サンプルは、3つの標的種 − タンパク質#1、タンパク質#2、及びタンパク質#3を含むか、又は含む疑いがある。3つのドッキング鎖は:第1のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインAを含み、タンパク質#1に結合し;第2のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインBを含み、タンパク質#2に結合し;第3のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインA及びBを含み、タンパク質#3に結合する、ように設計されている。相補的なイメージャー鎖A’は、ドッキング鎖のイメージャー結合ドメインAに結合し、青色フルオロフォアで標識され、イメージャー鎖B’は、ドッキング鎖のイメージャー結合ドメインBに結合し、同様に青色フルオロフォアで標識される。サンプルは、まずドッキング鎖に接触され、続いて、イメージャー鎖A’に接触される。次いで、サンプルは、青色フルオロフォアを検出する条件下で画像化される。青色フルオロフォアの画像化により、青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖A’によってそれぞれ結合されたタンパク質#1及びタンパク質#3を検出する。次いで、サンプルは、イメージャー鎖A’を除去するために洗浄される。次に、サンプルは、イメージャー鎖B’に接触される。次いで、サンプルは、青色フルオロフォアを検出する条件下で再び画像化される。ここで、青色フルオロフォアの画像化により、青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖B’によってそれぞれ結合されたタンパク質#2及びタンパク質#3を検出する。(例えば、重ね合わせられていないフルオロフォアと比較して強い信号になる)青色フルオロフォアの画像の重ね合わせにより、青色フルオロフォアで標識された2つのイメージャー鎖によって結合されたタンパク質#3のみを検出する。従って、タンパク質#1〜#3の識別及び位置が、青色フルオロフォアを検出する画像のオーバーレイによって特定され、信号強度に基づいている。   Detection based on imager strand exchange. Another exemplary multiple target detection method is as follows: The sample contains or is suspected of containing three target species—protein # 1, protein # 2, and protein # 3. The three docking strands are: the first docking strand contains imager binding domain A and binds to protein # 1; the second docking strand contains imager binding domain B and binds to protein # 2; The third docking strand contains imager binding domains A and B and is designed to bind to protein # 3. Complementary imager strand A ′ binds to imager binding domain A of the docking strand and is labeled with a blue fluorophore, imager strand B ′ binds to imager binding domain B of the docking strand, and similarly Labeled with blue fluorophore. The sample is first contacted with the docking strand and then contacted with the imager strand A '. The sample is then imaged under conditions that detect the blue fluorophore. Imaging of the blue fluorophore detects protein # 1 and protein # 3 bound by the imager strand A 'labeled with the blue fluorophore, respectively. The sample is then washed to remove the imager strand A '. The sample is then contacted with imager strand B '. The sample is then imaged again under conditions that detect the blue fluorophore. Here, by imaging the blue fluorophore, protein # 2 and protein # 3, respectively, bound by the imager chain B 'labeled with the blue fluorophore are detected. Overlaying the image of the blue fluorophore (for example, a stronger signal compared to the non-superimposed fluorophore) results in only protein # 3 bound by two imager strands labeled with the blue fluorophore. To detect. Thus, the identification and location of proteins # 1- # 3 is identified by an overlay of images that detect the blue fluorophore and is based on signal strength.

スペクトル検出と交換検出の組み合わせに基づいた検出。なお別の例示的な多重標的検出法は次の通りである:サンプルは、15の標的種を含む、又は含む疑いがある。ドッキング鎖は、各標的種がドッキング鎖に結合するように設計され、各ドッキング鎖は、ドメインA〜Dの単一の異なるドメイン又は異なる組み合わせ(例えば、A、又はA及びB(即ち、A/B)、又はA/C、又はA/D、又はA/B/C、又はA/B/D、又はA/C/D、又はA/B/C/D、又はB、又はB/C、又はB/D、又はB/C/D、又はC、又はC/D、又はD)を含む。イメージャー鎖は、2つのセットに分割され:第1のセット(セット#1)は、赤色フルオロフォアによって標識されたイメージャー鎖A’及び青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖B’を含み;第2のセットは、赤色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖C’及び青色フルオロフォアで標識されたイメージャー鎖D’を含む。サンプルは、最初にドッキング鎖に接触され、続いて、イメージャー鎖セット#1に接触される。次いで、サンプルは、青色フルオロフォア及び赤色フルオロフォアを検出する条件下で画像化される。イメージャー鎖A’によって結合された標的は赤色で検出され、イメージャー鎖B’によって結合された標的は青色で検出される。従って、ドッキングドメインA及びBを含む全ての標的種は、最初の画像又は最初の画像のセットで検出される。次いで、サンプルが洗浄されて、イメージャー鎖セット#1が除去される。次に、サンプルは、イメージャー鎖セット#2に接触される。次いで、サンプルは、青色フルオロフォア及び赤色フルオロフォアを検出する条件下で再び画像化される。イメージャー鎖C’によって結合された標的は、赤色で検出され、イメージャー鎖D’によって結合された標的は、青色で検出される。従って、ドッキングドメインC及びDを含む全ての標的種は、第2の画像又は第2の画像のセットで検出される。収集された全ての画像を組み合わせることにより、15の標的種のそれぞれを、僅か4つのイメージャー鎖及び2つのフルオロフォアを用いて特定することができる。例えば、標的の数によっては、5つ以上のイメージャー鎖及び3つ以上のフルオロフォアを使用できることを理解されたい。   Detection based on a combination of spectrum detection and exchange detection. Yet another exemplary multiple target detection method is as follows: The sample contains or is suspected of containing 15 target species. The docking strand is designed such that each target species binds to the docking strand, and each docking strand is a single different domain or a different combination of domains AD (eg, A, or A and B (ie, A / B), or A / C, or A / D, or A / B / C, or A / B / D, or A / C / D, or A / B / C / D, or B, or B / C Or B / D, or B / C / D, or C, or C / D, or D). The imager strand is divided into two sets: the first set (set # 1) includes an imager strand A ′ labeled with a red fluorophore and an imager strand B ′ labeled with a blue fluorophore. The second set comprises an imager strand C ′ labeled with a red fluorophore and an imager strand D ′ labeled with a blue fluorophore. The sample is first contacted with the docking strand and subsequently contacted with imager strand set # 1. The sample is then imaged under conditions that detect blue and red fluorophores. Targets bound by imager strand A 'are detected in red and targets bound by imager strand B' are detected in blue. Thus, all target species including docking domains A and B are detected in the first image or the first set of images. The sample is then washed to remove imager strand set # 1. The sample is then contacted with imager strand set # 2. The sample is then imaged again under conditions that detect blue and red fluorophores. The target bound by the imager strand C 'is detected in red and the target bound by the imager strand D' is detected in blue. Thus, all target species including docking domains C and D are detected in the second image or set of second images. By combining all the collected images, each of the 15 target species can be identified using only 4 imager strands and 2 fluorophores. For example, it should be understood that 5 or more imager strands and 3 or more fluorophores can be used, depending on the number of targets.

一時的な結合の期間に基づいた検出。一部の実施形態では、本開示は、標的種を、異なるドッキング鎖のドメイン配列及び異なる長さのそれらの配列に接触させることも企図する。ドッキング鎖のイメージャー結合ドメインの長さは、イメージャー鎖への一時的な結合の時間に影響を及ぼす。長い結合ドメインを有するドッキング鎖はそれぞれ、短い結合ドメインと比較してより長い時間、相補的なイメージャー鎖に結合する。以下の例示的な実施形態では、サンプルは、4つの標的種を含むか、又は含む疑いがある。4つのドッキング鎖は:第1のドッキング鎖が、10ヌクレオチドの長さの結合ドメインA(A10)を含み、タンパク質#1に結合し;第2のドッキング鎖が、イメージャー結合ドメインA10及び8ヌクレオチドの長さのイメージャー結合ドメインB(B8)を含み、タンパク質#2に結合し;第3のドッキング鎖が、8ヌクレオチドの長さのイメージャー結合ドメインA(A8)及び10ヌクレオチドの長さのイメージャー結合ドメインB(B10)を含み、タンパク質#3に結合し;第4のドッキング鎖が、イメージャー鎖結合ドメインB10を含む、ように設計されている。イメージャー鎖A’は、10ヌクレオチドの長さであり、A8及びA10の両方に結合し、かつ青色フルオロフォアで標識される。イメージャー鎖B’は、10ヌクレオチドの長さであり、B8及びB10の両方に結合し、かつ赤色フルオロフォアで標識される。サンプルは、まずドッキング鎖に接触され、続いて、イメージャー鎖A’及びB’に接触される。次いで、サンプルは、青色フルオロフォアを検出する条件下で画像化される。青色フルオロフォアの画像化により、結合時間(即ち、イメージャー鎖とドッキング鎖との間の結合時間)の長いタンパク質#3及びタンパク質#4、並びに結合時間の短いタンパク質#2を検出する。赤色フルオロフォアの画像化により、結合時間の長いタンパク質#1及びタンパク質#2、並びに結合時間の短いタンパク質#3を検出する。青色フルオロフォアの画像と赤色フルオロフォアの画像との重ね合わせにより、4つのタンパク質標的のそれぞれを検出する。   Detection based on the duration of the temporary join. In some embodiments, the present disclosure also contemplates contacting the target species with different docking strand domain sequences and different lengths of those sequences. The length of the imager binding domain of the docking strand affects the time of temporary binding to the imager strand. Each docking strand with a long binding domain binds to a complementary imager strand for a longer time compared to a short binding domain. In the following exemplary embodiment, the sample contains or is suspected of containing four target species. Four docking strands: the first docking strand contains binding domain A (A10) 10 nucleotides in length and binds to protein # 1; the second docking strand is imager binding domain A10 and 8 nucleotides A length of imager binding domain B (B8) and binds to protein # 2; the third docking strand is 8 nucleotides long imager binding domain A (A8) and 10 nucleotides long It is designed to contain imager binding domain B (B10) and bind to protein # 3; the fourth docking strand contains imager strand binding domain B10. Imager strand A 'is 10 nucleotides long, binds to both A8 and A10, and is labeled with a blue fluorophore. Imager strand B 'is 10 nucleotides long, binds to both B8 and B10, and is labeled with a red fluorophore. The sample is first contacted with the docking strand and then contacted with imager strands A 'and B'. The sample is then imaged under conditions that detect the blue fluorophore. Imaging of the blue fluorophore detects protein # 3 and protein # 4 with long binding times (ie, the binding time between the imager strand and the docking strand) and protein # 2 with a short binding time. Red fluorophore imaging detects proteins # 1 and # 2 with long binding times and protein # 3 with short binding times. Each of the four protein targets is detected by superimposing the blue fluorophore image and the red fluorophore image.

本開示はまた、スペクトル解像及び期間に基づいた多重検出、交換及び期間に基づいた多重検出、並びにスペクトル解像、交換、及び期間に基づいた多重検出を組み合わせることも企図する。   The present disclosure also contemplates combining multiple detection based on spectral resolution and duration, multiple detection based on exchange and duration, and multiple detection based on spectral resolution, exchange, and duration.

「サンプル」は、複数の細胞(若しくは1つの細胞)、組織、又は体液、例えば、血液(血清及び/又は血漿)、尿、精液、リンパ液、脳脊髄液、又は羊水を含み得る。サンプルは、限定されるものではないが、ヒト、動物、細菌、ウイルス、微生物、及び植物を含むあらゆる供給源から得られ(又は由来し)得る。一部の実施形態では、サンプルは、細胞溶解物又は組織溶解物である。サンプルは、1つの供給源又は異なる供給源からの材料の混合物も含み得る。サンプルは、空間的領域又は体積(例えば、アレイの格子、又はプレート若しくは皿のウェル)であり得る。サンプルは、一実施形態では、標的、BP−NAコンジュゲート、及びイメージャー鎖を含む。   A “sample” can include a plurality of cells (or a single cell), tissue, or body fluid, such as blood (serum and / or plasma), urine, semen, lymph, cerebrospinal fluid, or amniotic fluid. Samples can be obtained (or derived) from any source including, but not limited to, humans, animals, bacteria, viruses, microorganisms, and plants. In some embodiments, the sample is a cell lysate or tissue lysate. A sample can also contain a mixture of materials from one source or from different sources. The sample can be a spatial region or volume (eg, an array grid or a plate or dish well). The sample, in one embodiment, includes a target, a BP-NA conjugate, and an imager chain.

「標的」は、観察又は定量が求められ、かつ結合パートナーが存在する任意の部分である。標的は、一実施形態では、天然でなくても良い。標的は、一実施形態では、生体分子でも良い。本明細書で使用される「生体分子」は、大きい巨大分子、例えば、タンパク質、多糖、脂質、及び核酸(例えば、DNA及びRNA、例えば、mRNA)、並びに小さい分子、例えば、一次代謝産物、二次代謝産物、及び天然産物を含む、生物によって産生される任意の分子である。生体分子の例としては、限定されるものではないが、DNA、RNA、cDNA、又はRNAの逆転写によるDNA産物、A23187(カルシマイシン、カルシウムイオノフォア)、アバメクチン、アビエチン酸、酢酸、アセチルコリン、アクチン、アクチノマイシンD、アデノシン、アデノシン二リン酸(ADP)、アデノシン一リン酸(AMP)、アデノシン三リン酸(ATP)、アデニル酸シクラーゼ、アドニトール、アドレナリン、エピネフリン、副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)、エクオリン、アフラトキシン、寒天、アラメチシン、アラニン、アルブミン、アルドステロン、アリューロン、α−アマニチン、アラントイン、アレスリン、α−アマナチン(α-Amanatin)、アミノ酸、アミラーゼ、アナボリックステロイド、アネトール、アンジオテンシノーゲン、アニソマイシン、抗利尿ホルモン(ADH)、アラビノース、アルギニン、アスコマイシン、アスコルビン酸(ビタミンC)、アスパラギン、アスパラギン酸、非対称ジメチルアルギニン、心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)、オーキシン、アビジン、アザジラクチンA−C35H44O16、バクテリオシン、ボーベリシン、ビククリン、ビリルビン、バイオポリマー、ビオチン(ビタミンH)、ブレフェルジンA、ブラシノライド、ブルシン、カダベリン、カフェイン、カルシフェロール(ビタミンD)、カルシトニン、カルモジュリン、カルモジュリン、カルレティキュリン、カンフル−(C10H16O)、カンナビノール、カプサイシン、カルボヒドラーゼ、炭水化物、カルニチン、カラギーナン、カゼイン、カスパーゼ、セルラーゼ、セルロース−(C6H10O5)、セルレニン、セトリモニウムブロミド(セトリミド)−C19H42BrN、ケレリスリン、クロモマイシンA3、シャパロニン(Chaparonin)、キチン、α−クロラロース、クロロフィル、コレシストキニン(CCK)、コレステロール、コリン、コンドロイチン硫酸、桂皮アルデヒド、シトラール、クエン酸、シトリニン、シトロネラール、シトロネロール、シトルリン、コバラミン(ビタミンB12)、コエンザイム、コエンザイムQ、コルヒチン、コラーゲン、コニイン、コルチコステロイド、コルチコステロン、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)、コルチゾール、クレアチン、クレアチンキナーゼ、クリスタリン、α−シクロデキストリン、シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ、シクロパミン、シクロピアゾン酸、システイン、シスチン、シチジン、サイトカラシン、サイトカラシンE、チトクローム、シトクロムC、シトクロムcオキシダーゼ、シトクロムcペルオキシダーゼ、サイトカイン、シトシン−C4H5N3O、デオキシコール酸、DON(デオキシニバレノール)、デオキシリボフラノース、デオキシリボース、デオキシリボース核酸(DNA)、デキストラン、デキストリン、DNA、ドーパミン、酵素、エフェドリン、エピネフリン−C9H13NO3、エルカ酸−CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH、エリスリトール、エリスロポエチン(EPO)、エストラジオール、オイゲノール、脂肪酸、フィブリン、フィブロネクチン、葉酸(ビタミンM)、卵胞刺激ホルモン(FSH)、ホルムアルデヒド、ギ酸、ホルミノシ(Formnoci)、フルクトース、フモニシンB1、γグロブリン、ガラクトース、γグロブリン、γ−アミノ酪酸、γ−ブチロラクトン、γヒドロキシ酪酸(GHB)、ガストリン、ゼラチン、ゲラニオール、グロブリン、グルカゴン、グルコサミン、グルコース−C6H12O6、グルコースオキシダーゼ、グルテン、グルタミン酸、グルタミン、グルタチオン、グルテン、グリセリン(グリセロール)、グリシン、グリコーゲン、グリコール酸、糖タンパク質、ゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)、グランザイム、緑色蛍光タンパク質、成長ホルモン、成長ホルモン放出ホルモン(GHRH)、GTPアーゼ、グアニン、グアノシン、グアノシン三リン酸(+GTP)、ハプトグロビン、ヘマトキシリン、ヘム、ヘムエリトリン、ヘモシアニン、ヘモグロビン、ヘムタンパク質、ヘパラン硫酸、高密度リポタンパク質、HDL、ヒスタミン、ヒスチジン、ヒストン、ヒストンメチルトランスフェラーゼ、HLA抗原、ホモシステイン、ホルモン、ヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG)、ヒト成長ホルモン、ヒアルロン酸、ヒアルロニダーゼ、過酸化水素、5−ヒドロキシメチルシトシン、ヒドロキシプロリン、5−ヒドロキシトリプタミン、インディゴ染料、インドール、イノシン、イノシトール、インスリン、インスリン様成長因子、内在性膜タンパク質、インテグラーゼ、インテグリン、インテイン、インターフェロン、イヌリン、イオノマイシン、イオノン、イソロイシン、鉄−硫黄クラスター、K252a、K252b、KT5720、KT5823、ケラチン、キナーゼ、ラクターゼ、乳酸、乳糖、ラノリン、ラウリン酸、レプチン、レプトマイシンB、ロイシン、リグニン、リモネン、リナロール、リノール酸、リノレン酸、リパーゼ、脂質、脂質アンカータンパク質、リポアミド、リポタンパク質、低密度リポタンパク質、LDL、黄体形成ホルモン(LH)、リコピン、リジン、リゾチーム、リンゴ酸、マルトース、メラトニン、膜タンパク質、金属タンパク質、メタロチオネイン、メチオニン、ミモシン、ミトラマイシンA、マイトマイシンC、モノマー、ミコフェノール酸、ミオグロビン、ミオシン、天然フェノール、核酸、オクラトキシンA、エストロゲン、オリゴペプチド、オリゴマイシン、オルシン、オレキシン、オルニチン、シュウ酸、オキシダーゼ、オキシトシン、p53、PABA、パクリタキセル、パルミチン酸、パントテン酸(ビタミンB5)、副甲状腺ホルモン(PTH)、パラプロテイン、パルダキシン、パルテノライド、パツリン、パキシリン(Paxilline)、ペニシリン酸、ペニシリン、ペニトレムA、ペプチダーゼ、ペプシン、ペプチド、ペリマイシン、末梢膜タンパク質、ペロサミン、フェネチルアミン、フェニルアラニン、ホスファゼン、ホスファターゼ、リン脂質、フェニルアラニン、フィチン酸、植物ホルモン、ポリペプチド、ポリフェノール、多糖、ポルフィリン、プリオン、プロゲステロン、プロラクチン(PRL)、プロリン、プロピオン酸、プロタミン、プロテアーゼ、タンパク質、プロテイノイド、プトレシン、ピレトリン、ピリドキシン又はピリドキサミン(ビタミンB6)、ピロリジン、ピルビン酸、キノン、ラディシコール、ラフィノース、レニン、レチネン、レチノール(ビタミンA)、ロドプシン(視紅)、リボフラビン(ビタミンB2)、リボフラノース、リボース、リボザイム、リシン、RNA−リボ核酸、RuBisCO、サフロール、サリチルアルデヒド、サリチル酸、サルビノリンA−C23H28O8、サポニン、セクレチン、セレノシステイン、セレノメチオニン、セレノプロテイン、セリン、セリンキナーゼ、セロトニン、スカトール、シグナル認識粒子、ソマトスタチン、ソルビン酸、スクワラン、スタウロスポリン、ステアリン酸、ステリグマトシスチン、ステロール、ストリキニーネ、スクロース(糖)、(一般的な)糖、スーパーオキシド、T2毒素、タンニン酸、タンニン、酒石酸、タウリン、テトロドトキシン、ソーマチン、トポイソメラーゼ、チロシンキナーゼ、タウリン、テストステロン、テトラヒドロカンナビノール(THC)、テトロドトキシン、タプシガルジン、ソーマチン、チアミン(ビタミンB1)−C12H17ClN4OS・HCl、トレオニン、トロンボポエチン、チミジン、チミン、トリアクシンC、甲状腺刺激ホルモン(TSH)、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン(TRH)、チロキシン(T4)、トコフェロール(ビタミンE)、トポイソメラーゼ、トリヨードサイロニン(T3)、膜貫通受容体、トリコスタチンA、栄養ホルモン、トリプシン、トリプトファン、チューブリン、ツニカマイシン、チロシン、ユビキチン、ウラシル、尿素、ウレアーゼ、尿酸−C5H4N4O3、ウリジン、バリン、バリノマイシン、バナビンス(Vanabins)、バソプレシン、ベルルクロゲン(Verruculogen)、(一般的な)ビタミン、ビタミンA(レチノール)、ビタミンB、ビタミンB1(チアミン)、ビタミンB2(リボフラビン)、ビタミンB3(ナイアシン又はニコチン酸)、ビタミンB4(アデニン)、ビタミンB5(パントテン酸)、ビタミンB6(ピリドキシン又はピリドキサミン)、ビタミンB12(コバラミン)、ビタミンC(アスコルビン酸)、ビタミンD(カルシフェロール)、ビタミンE(トコフェロール)、ビタミンF、ビタミンH(ビオチン)、ビタミンK(ナフトキノン)、ビタミンM(葉酸)、ワートマニン、及びキシロースが挙げられる。   A “target” is any part for which observation or quantification is sought and for which a binding partner is present. The target may not be natural in one embodiment. The target may be a biomolecule in one embodiment. As used herein, “biomolecule” refers to large macromolecules such as proteins, polysaccharides, lipids, and nucleic acids (eg, DNA and RNA, eg, mRNA), and small molecules such as primary metabolites, two Any molecule produced by an organism, including secondary metabolites and natural products. Examples of biomolecules include, but are not limited to, DNA, RNA, cDNA, or DNA products by reverse transcription of RNA, A23187 (calcimycin, calcium ionophore), abamectin, abietic acid, acetic acid, acetylcholine, actin, Actinomycin D, adenosine, adenosine diphosphate (ADP), adenosine monophosphate (AMP), adenosine triphosphate (ATP), adenylate cyclase, adonitol, adrenaline, epinephrine, adrenocorticotropic hormone (ACTH), aequorin, Aflatoxin, agar, alamethicin, alanine, albumin, aldosterone, aleurone, α-amanitin, allantoin, allethrin, α-amanatin (α-Amanatin), amino acid, amylase, anabolic steroid, annet , Angiotensinogen, anisomycin, antidiuretic hormone (ADH), arabinose, arginine, ascomycin, ascorbic acid (vitamin C), asparagine, aspartic acid, asymmetric dimethylarginine, atrial natriuretic peptide (ANP), auxin, Avidin, azadirachtin A-C35H44O16, bacteriocin, baubericin, bicuculline, bilirubin, biopolymer, biotin (vitamin H), brefeldin A, brassinolide, brucine, cadaverine, caffeine, calciferol (vitamin D), calcitonin, calmodulin, Calmodulin, calreticulin, camphor- (C10H16O), cannabinol, capsaicin, carbohydrase, carbohydrate, carnitine, carrageen Nan, casein, caspase, cellulase, cellulose- (C6H10O5), cerulenin, cetrimonium bromide (cetrimide) -C19H42BrN, chelerythrine, chromomycin A3, chaparonin (Chaparonin), chitin, α-chloralose, chlorophyll, cholecystokinin (CCK) , Cholesterol, choline, chondroitin sulfate, cinnamic aldehyde, citral, citric acid, citrinin, citronellal, citronellol, citrulline, cobalamin (vitamin B12), coenzyme, coenzyme Q, colchicine, collagen, coniine, corticosteroid, corticosterone, adrenal gland Corticotropin releasing hormone (CRH), cortisol, creatine, creatine kinase, crystallin, α-cyclodextrin, Clodextrin glycosyltransferase, cyclopamine, cyclopiazonic acid, cysteine, cystine, cytidine, cytochalasin, cytochalasin E, cytochrome, cytochrome C, cytochrome c oxidase, cytochrome c peroxidase, cytokine, cytosine-C4H5N3O, deoxycholic acid, DON (deoxy Nivalenol), deoxyribofuranose, deoxyribose, deoxyribose nucleic acid (DNA), dextran, dextrin, DNA, dopamine, enzyme, ephedrine, epinephrine-C9H13NO3, erucic acid-CH3 (CH2) 7CH = CH (CH2) 11COOH, erythritol, erythropoietin (EPO), estradiol, eugenol, fatty acid, fibrin, fibronectin , Folic acid (vitamin M), follicle stimulating hormone (FSH), formaldehyde, formic acid, forminoci, fructose, fumonisin B1, γ globulin, galactose, γ globulin, γ-aminobutyric acid, γ-butyrolactone, γ-hydroxybutyric acid (GHB) ), Gastrin, gelatin, geraniol, globulin, glucagon, glucosamine, glucose-C6H12O6, glucose oxidase, gluten, glutamic acid, glutamine, glutathione, gluten, glycerin (glycerol), glycine, glycogen, glycolic acid, glycoprotein, gonadotropin releasing hormone ( GnRH), granzyme, green fluorescent protein, growth hormone, growth hormone releasing hormone (GHRH), GTPase, guanine, guanosine, guanosine Triphosphate (+ GTP), haptoglobin, hematoxylin, heme, heme erythrin, hemocyanin, hemoglobin, heme protein, heparan sulfate, high density lipoprotein, HDL, histamine, histidine, histone, histone methyltransferase, HLA antigen, homocysteine, hormone, Human chorionic gonadotropin (hCG), human growth hormone, hyaluronic acid, hyaluronidase, hydrogen peroxide, 5-hydroxymethylcytosine, hydroxyproline, 5-hydroxytryptamine, indigo dye, indole, inosine, inositol, insulin, insulin-like growth factor , Integral membrane protein, integrase, integrin, intein, interferon, inulin, ionomycin, ionone, isoleucine, iron- Yellow cluster, K252a, K252b, KT5720, KT5823, keratin, kinase, lactase, lactic acid, lactose, lanolin, lauric acid, leptin, leptomycin B, leucine, lignin, limonene, linalool, linoleic acid, linolenic acid, lipase, lipid, Lipid anchor protein, lipoamide, lipoprotein, low density lipoprotein, LDL, luteinizing hormone (LH), lycopene, lysine, lysozyme, malic acid, maltose, melatonin, membrane protein, metalloprotein, metallothionein, methionine, mimosine, mitramycin A, mitomycin C, monomer, mycophenolic acid, myoglobin, myosin, natural phenol, nucleic acid, ochratoxin A, estrogen, oligopeptide, oligomycin, orsi , Orexin, ornithine, oxalic acid, oxidase, oxytocin, p53, PABA, paclitaxel, palmitic acid, pantothenic acid (vitamin B5), parathyroid hormone (PTH), paraprotein, pardaxin, parthenolide, patulin, paxilline, penicillin Acid, penicillin, penitrem A, peptidase, pepsin, peptide, peromycin, peripheral membrane protein, perosamine, phenethylamine, phenylalanine, phosphazene, phosphatase, phospholipid, phenylalanine, phytic acid, plant hormone, polypeptide, polyphenol, polysaccharide, porphyrin, prion , Progesterone, prolactin (PRL), proline, propionic acid, protamine, protease, protein, proteinoid, pro Tresine, pyrethrin, pyridoxine or pyridoxamine (vitamin B6), pyrrolidine, pyruvic acid, quinone, radicicol, raffinose, renin, retinene, retinol (vitamin A), rhodopsin (visual red), riboflavin (vitamin B2), ribofuranose, ribose , Ribozyme, lysine, RNA-ribonucleic acid, RuBisCO, safrole, salicylaldehyde, salicylic acid, salvinorin A-C23H28O8, saponin, secretin, selenocysteine, selenomethionine, selenoprotein, serine, serine kinase, serotonin, skatole, signal recognition particle, Somatostatin, sorbic acid, squalane, staurosporine, stearic acid, sterigmatocystin, sterol, strychnine, sucrose (sugar), (General) sugar, superoxide, T2 toxin, tannic acid, tannin, tartaric acid, taurine, tetrodotoxin, thaumatin, topoisomerase, tyrosine kinase, taurine, testosterone, tetrahydrocannabinol (THC), tetrodotoxin, thapsigargin, thaumatin, thiamine (vitamin) B1) -C12H17ClN4OS.HCl, threonine, thrombopoietin, thymidine, thymine, triacin C, thyroid stimulating hormone (TSH), thyroid stimulating hormone releasing hormone (TRH), thyroxine (T4), tocopherol (vitamin E), topoisomerase, triiodosilo Nin (T3), transmembrane receptor, trichostatin A, nutrient hormone, trypsin, tryptophan, tubulin, tunicamycin, tyrosine Ubiquitin, uracil, urea, urease, uric acid-C5H4N4O3, uridine, valine, valinomycin, vanabins, vasopressin, verruculogen, (general) vitamins, vitamin A (retinol), vitamin B, vitamin B1 (thiamine) ), Vitamin B2 (riboflavin), vitamin B3 (niacin or nicotinic acid), vitamin B4 (adenine), vitamin B5 (pantothenic acid), vitamin B6 (pyridoxine or pyridoxamine), vitamin B12 (cobalamin), vitamin C (ascorbic acid) , Vitamin D (calciferol), vitamin E (tocopherol), vitamin F, vitamin H (biotin), vitamin K (naphthoquinone), vitamin M (folic acid), wortmannin, and xylose That.

一部の実施形態では、標的は、例えば、細胞環境のタンパク質(例えば、細胞内タンパク質又は膜タンパク質)などのタンパク質標的とすることができる。タンパク質の例としては、限定されるものではないが、線維性タンパク質、例えば、細胞骨格タンパク質(例えば、アクチン、arp2/3、コロニン、ジストロフィン、FtsZ、ケラチン、ミオシン、ネブリン、スペクトリン、タウ、タイチン、トロポミオシン、チューブリン、及びコラーゲン)及び細胞外マトリックスタンパク質(例えば、コラーゲン、エラスチン、f−スポンジン、ピカチュリン、及びフィブロネクチン);球状タンパク質、例えば、血漿タンパク質(例えば、血清アミロイドP成分及び血清アルブミン)、血液凝固因子(例えば、補体タンパク質、C1−インヒビター及びC3−転換酵素、第VIII因子、第XIII因子、フィブリン、プロテインC、プロテインS、プロテインZ、プロテインZ関連プロテアーゼ阻害剤、トロンビン、フォン・ヴィレブランド因子)、及び急性期タンパク質、例えば、C反応性タンパク質;ヘムタンパク質;細胞接着タンパク質(例えば、カドヘリン、エペンジミン(ependymin)、インテグリン、Ncam、及びセレクチン);膜貫通輸送タンパク質(例えば、CFTR、グリコホリンD、及びスクランブラーゼ)、例えば、イオンチャネル(例えば、ニコチン性アセチルコリン受容体及びGABAa受容体のようなリガンド依存性イオンチャネル、及び電位依存性イオンチャネル、例えば、カリウム、カルシウム、及びナトリウムチャネル)、シンポート(synport)/アンチポートタンパク質(例えば、グルコーストランスポーター);ホルモン及び成長因子(例えば、上皮成長因子(EGF)、線維芽細胞増殖因子(FGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、ペプチドホルモン、例えば、インスリン、インスリン様成長因子及びオキシトシン、及びステロイドホルモン、例えば、アンドロゲン、エストロゲン、及びプロゲステロン);受容体、例えば、膜貫通受容体(例えば、Gタンパク質共役受容体、ロドプシン)及び細胞内受容体(例えば、エストロゲン受容体);DNA結合タンパク質(例えば、ヒストン、プロタミン、CIタンパク質);転写調節因子(例えば、c−myc、FOXP2、FOXP3、MyoD、及びP53);免疫系タンパク質(例えば、免疫グロブリン、主要組織適合性抗原、及びT細胞受容体);栄養貯蔵/輸送タンパク質(例えば、フェリチン);シャペロンタンパク質;及び酵素が挙げられる。   In some embodiments, the target can be a protein target, such as, for example, a protein of the cellular environment (eg, an intracellular protein or a membrane protein). Examples of proteins include, but are not limited to, fibrous proteins such as cytoskeletal proteins (eg, actin, arp2 / 3, coronin, dystrophin, FtsZ, keratin, myosin, nebulin, spectrin, tau, titin , Tropomyosin, tubulin, and collagen) and extracellular matrix proteins (eg, collagen, elastin, f-spondin, picachulin, and fibronectin); globular proteins, eg, plasma proteins (eg, serum amyloid P component and serum albumin), Blood coagulation factors (eg complement proteins, C1-inhibitors and C3-convertases, factor VIII, factor XIII, fibrin, protein C, protein S, protein Z, protein Z related protears) Inhibitors, thrombin, von Willebrand factor), and acute phase proteins such as C-reactive protein; heme proteins; cell adhesion proteins (eg cadherin, ependymin, integrin, Ncam, and selectin); membranes Through transport proteins (eg, CFTR, glycophorin D, and scramblease), eg, ion channels (eg, ligand-gated ion channels such as nicotinic acetylcholine receptor and GABAa receptor, and voltage-gated ion channels, eg, Potassium, calcium, and sodium channels), synport / antiport proteins (eg, glucose transporters); hormones and growth factors (eg, epidermal growth factor (EGF), fibroblast growth factor) FGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), peptide hormones such as insulin, insulin-like growth factor and oxytocin, and steroid hormones such as androgens, estrogens and progesterone); receptors such as transmembrane receptors (eg , G protein coupled receptors, rhodopsin) and intracellular receptors (eg estrogen receptors); DNA binding proteins (eg histones, protamines, CI proteins); transcriptional regulators (eg c-myc, FOXP2, FOXP3, MyoD, and P53); immune system proteins (eg, immunoglobulins, major histocompatibility antigens, and T cell receptors); nutrient storage / transport proteins (eg, ferritin); chaperone proteins; and enzymes.

一部の実施形態では、標的は、細胞環境の核酸標的、例えば、核酸などであり得る。「核酸」とは、標的、ドッキング鎖、及びイメージャー鎖に関して本明細書で使用される場合、任意の長さのヌクレオチドのポリマー形態、例えば、デオキシリボヌクレオチド若しくはリボヌクレオチド、又はそれらの類似体のことである。例えば、核酸は、DNA、RNA、又は逆転写を受けたRNAのDNA産物であり得る。核酸の非限定的な例の例として、遺伝子又は遺伝子断片、即ち、連鎖解析から定義される複数の遺伝子座(遺伝子座)のコーディング領域又は非コーディング領域、エクソン、イントロン、メッセンジャーRNA(mRNA)、トランスファーRNA、リボソームRNA、リボザイム、cDNA、組換え核酸、分岐核酸、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離DNA、任意の配列の単離RNA、核酸プローブ、及びプライマーが挙げられる。核酸の他の例として、限定されるものではないが、cDNA、アプタマー、ペプチド核酸(「PNA」)、2’−5’DNA(短縮された主鎖がDNAのAコンフォメーションに一致する塩基間隔を有する合成物質;2’−5’DNAは、通常のB形のDNAとはハイブリダイズしないが、RNAとは容易にハイブリダイズする)、ロックド核酸(「LNA」)、及び主鎖が修飾された核酸(例えば、塩基修飾型又は糖修飾型の天然核酸)が挙げられる。核酸は、修飾ヌクレオチド、例えば、メチル化ヌクレオチド及びヌクレオチド類似体(プリン及びピリミジンの「類似体」型は、当技術分野で公知である)を含み得る。存在する場合は、ヌクレオチド構造の修飾は、ポリマーの構築の前又は後で行うことができる。核酸は、一本鎖、二本鎖、部分的に一本鎖、又は部分的に二本鎖のDNA又はRNAであり得る。   In some embodiments, the target can be a nucleic acid target of a cellular environment, such as a nucleic acid. “Nucleic acid”, as used herein with respect to target, docking strand, and imager strand, refers to a polymeric form of nucleotides of any length, such as deoxyribonucleotides or ribonucleotides, or analogs thereof. It is. For example, the nucleic acid can be DNA, RNA, or the DNA product of RNA that has undergone reverse transcription. Examples of non-limiting examples of nucleic acids include genes or gene fragments, ie, coding or non-coding regions of multiple loci (locus) defined from linkage analysis, exons, introns, messenger RNA (mRNA), Examples include transfer RNA, ribosomal RNA, ribozyme, cDNA, recombinant nucleic acid, branched nucleic acid, plasmid, vector, isolated DNA of any sequence, isolated RNA of any sequence, nucleic acid probe, and primer. Other examples of nucleic acids include, but are not limited to, cDNAs, aptamers, peptide nucleic acids (“PNA”), 2′-5 ′ DNA (base intervals where the shortened backbone matches the A conformation of DNA) 2′-5 ′ DNA does not hybridize to normal B-form DNA, but easily hybridizes to RNA), locked nucleic acid (“LNA”), and backbone is modified Nucleic acid (eg, base-modified or sugar-modified natural nucleic acid). Nucleic acids can include modified nucleotides, such as methylated nucleotides and nucleotide analogs ("analog" forms of purines and pyrimidines are known in the art). If present, modification of the nucleotide structure can occur before or after assembly of the polymer. The nucleic acid can be single stranded, double stranded, partially single stranded, or partially double stranded DNA or RNA.

一部の実施形態では、核酸(例えば、核酸標的)は天然である。本明細書で使用される「天然」とは、ヒトの介入なしで自然に存在する生物又はウイルス中に存在する核酸のことである。一部の実施形態では、核酸は、生物又はウイルスで自然に生じる。一部の実施形態では、核酸は、ゲノムDNA、メッセンジャーRNA、リボソームRNA、マイクロRNA、プレ−マイクロRNA、プロ−マイクロRNA、ウイルスDNA、ウイルスRNA、又はpiwi−RNAである。一部の実施形態では、核酸標的は、合成DNAナノ構造(例えば、Watson−クリック相互作用によって相互にハイブリダイズして2−D又は3−Dナノ構造を形成している2つ以上の核酸を含む2次元(2−D)又は3次元(3−D)DNAナノ構造)ではない。   In some embodiments, the nucleic acid (eg, nucleic acid target) is natural. As used herein, “natural” refers to a nucleic acid that is present in a naturally occurring organism or virus without human intervention. In some embodiments, the nucleic acid occurs naturally in an organism or virus. In some embodiments, the nucleic acid is genomic DNA, messenger RNA, ribosomal RNA, microRNA, pre-microRNA, pro-microRNA, viral DNA, viral RNA, or piwi-RNA. In some embodiments, the nucleic acid target comprises a synthetic DNA nanostructure (eg, two or more nucleic acids that hybridize to each other by Watson-click interactions to form a 2-D or 3-D nanostructure. 2D (2-D) or 3D (3-D) DNA nanostructures).

本明細書に記載の核酸ドッキング鎖及びイメージャー鎖は、上述のいずれか1つの核酸(例えば、DNA、RNA、修飾核酸、核酸類似体、天然核酸、合成核酸)とすることができる。   The nucleic acid docking strand and imager strand described herein can be any one of the nucleic acids described above (eg, DNA, RNA, modified nucleic acid, nucleic acid analog, natural nucleic acid, synthetic nucleic acid).

定量的イメージング
本開示はまた、先行技術のイメージング技術では空間的に解像することができない高密度クラスターにおける蛍光部分又は放射体を定量するための方法も提供する。本発明の前には、蛍光シグナルの光スイッチングのキネティクスを説明する系統的モデルが一切存在しなかった。
Quantitative Imaging The present disclosure also provides a method for quantifying fluorescent moieties or emitters in dense clusters that cannot be spatially resolved with prior art imaging techniques. Prior to the present invention, there was no systematic model to explain the optical switching kinetics of fluorescent signals.

短いオリゴヌクレオチド(例えば、イメージャー鎖)のそれらの標的への一時的な結合を用いる確率的超解像イメージングは、回折限界領域における標識分子を整数で定量的にカウントする独自の可能性を提供する。本開示の方法における蛍光OFF状態から蛍光ON状態への分子の「スイッチング」は、単一分子核酸(例えば、DNA)のハイブリダイゼーション事象によって促進され、このようなハイブリダイゼーション事象は、二次会合速度kon及び一次解離速度koffを有する高度に予測可能なキネティックモデルによって制御される。
Probabilistic super-resolution imaging using temporary binding of short oligonucleotides (eg imager strands) to their target offers the unique possibility of quantitatively counting the number of labeled molecules in the diffraction limited region To do. The “switching” of a molecule from a fluorescence OFF state to a fluorescence ON state in the disclosed method is facilitated by a single molecule nucleic acid (eg, DNA) hybridization event, which is a secondary association rate k. controlled by a highly predictable kinetic model with on and first order dissociation rates k off .

キネティックパラメータkon及びkoffは、ここでは、図7Aに示されている蛍光ON時間及び蛍光OFF時間(それぞれ、τ及びτ)に直接関係している。蛍光ON時間τは、解離速度koff:τ=1/koffによって決定され、蛍光OFF時間τは、会合速度kon、溶液中におけるイメージャー鎖の濃度cimager、及び観察された結合部位bsの数によって決定される。
The kinetic parameters k on and k off are here directly related to the fluorescence ON time and fluorescence OFF time (τ b and τ d , respectively) shown in FIG. 7A. The fluorescence ON time τ b was determined by the dissociation rate k off : τ b = 1 / k off , and the fluorescence OFF time τ d was observed as the association rate k on , the concentration of imager chain in solution c imager , and Determined by the number of binding sites bs.

(例えば、DNAナノ構造を用いて容易に行うことができる)既知の数の結合部位bsを有するサンプルを用いた較正kon・cimagerの後、未知の分子又は領域の結合部位の数を次の式によって得ることができる。
After calibration k on c imager using a sample with a known number of binding sites bs (e.g., which can be easily performed using DNA nanostructures), the number of binding sites of unknown molecules or regions is It can be obtained by the following formula.

従って、蛍光画像の定量化は、結合キネティクス解析ソフトウェアを用いて自動的に行うことができる。簡単に述べると、典型的な画像が、タイムラプス方式(例えば、10Hzのフレームレートで15000フレーム)で記録される。蛍光スポットの検出及びフィッティング(例えば、ガウスフィッティング、セントロイドフィッティング(Centroid fitting)、又はベッセルフィッティング(Bessel fitting))が、回折限界画像に対して行われ、これにより超解像度画像が得られる。次のステップで、較正マーカーが選択される(例えば、図7Cのような指定数のスポットを有するDNA折り紙構造)。ソフトウェアが、OFF時間分布を累積分布関数にフィッティングすることによって蛍光の暗い時間τを自動的に計算する。上記の式を用いると、kon・cimagerの積を計算することができる。この積は、ドッキング部位、従って画像化領域の標的の数を計算するために使用される。 Thus, quantification of fluorescent images can be performed automatically using binding kinetic analysis software. Briefly, a typical image is recorded in a time lapse manner (eg, 15000 frames at a 10 Hz frame rate). Detection and fitting of fluorescent spots (eg, Gaussian fitting, Centroid fitting, or Bessel fitting) is performed on the diffraction limited image, thereby obtaining a super-resolution image. In the next step, a calibration marker is selected (eg, a DNA origami structure with a specified number of spots as in FIG. 7C). The software automatically calculates the fluorescence dark time τ d by fitting the OFF time distribution to the cumulative distribution function. Using the above equation, the product of k on · c imager can be calculated. This product is used to calculate the number of docking sites and thus the target of the imaging area.

一部の実施形態では、解像(例えば、超解像)画像における目的の領域の選択は、例えば、クラスター内の標的の数を計算する第2のスポット検出ステップを行うことによって自動的に行うことができる。   In some embodiments, selection of a region of interest in a resolution (eg, super-resolution) image is performed automatically, for example, by performing a second spot detection step that calculates the number of targets in the cluster. be able to.

従って、一部の実施形態では、本開示の方法は、蛍光標識されたイメージャー鎖に直接又は間接的に一時的に結合される標的を含むサンプルを提供するステップ、サンプルのタイムラプス回折限界蛍光画像を得るステップ、回折限界画像に対して蛍光スポット検出及びフィッティング(例えば、ガウスフィッティング、セントロイドフィッティング、又はベッセルフィッティング)を行ってサンプルの高解像度画像を得るステップ、既知の数の標的を有するサンプルを用いて較正kon・cimagerを行うステップであって、konが二次会合定数であり、cimagerがサンプル中の、結合していないイメージャー鎖を含む蛍光標識イメージャー鎖の濃度である、ステップ、蛍光OFF時間分布を累積分布関数にフィッティングすることによって変数τを決定するステップ、及び式、標的の数=(kon・cimager・τ−1に基づいてサンプル中の標的の数を決定するステップを含む。 Thus, in some embodiments, the disclosed methods provide a sample comprising a target that is temporarily bound directly or indirectly to a fluorescently labeled imager strand, a time-lapse diffraction-limited fluorescence image of the sample Obtaining a high-resolution image of the sample by performing fluorescent spot detection and fitting (eg, Gaussian fitting, centroid fitting, or Bessel fitting) on the diffraction limited image, obtaining a sample having a known number of targets Using calibrated k on · c imager , where k on is the secondary association constant and c imager is the concentration of fluorescently labeled imager strands in the sample, including unbound imager strands, Fitting step, fluorescence OFF time distribution to cumulative distribution function Determining a variable tau d by Rukoto, and wherein including the step of determining the number of targets in a sample based on the number = (k on · c imager · τ d) -1 target.

本開示の一部の態様は、フィッティング関数に関連する。本明細書で使用される「フィッティング関数」とは、分子の強度プロフィールをフィッティングするために使用される数学的関数のことである。本明細書に記載される使用のためのフィッティング関数の例として、限定されるものではないが、ガウスフィッティング、セントロイドフィッティング、及びベッセルフィッティングが挙げられる。本明開示の多くの態様及び実施形態は、ガウスフィッティングに言及しているが、他のフィッティング関数も、ガウスフィッティングの代わりに、又はガウスフィッティングに加えて使用することができることを理解されたい。   Some aspects of the present disclosure relate to a fitting function. As used herein, a “fitting function” is a mathematical function used to fit the intensity profile of a molecule. Examples of fitting functions for use as described herein include, but are not limited to, Gaussian fitting, centroid fitting, and Bessel fitting. Although many aspects and embodiments of the present disclosure refer to Gaussian fitting, it should be understood that other fitting functions may be used instead of or in addition to Gaussian fitting.

組成物
本開示の少なくとも1つ又は少なくとも2つ(例えば、複数)のBP−NAコンジュゲート(例えば、タンパク質−核酸コンジュゲート)を含む組成物が本明細書に記載される。BP−NAコンジュゲートは、目的の標的(例えば、生体分子)に結合しても良く、かつ/又は相補的な蛍光標識イメージャー鎖に一時的に結合しても良い。組成物は、複数の同じ種又は異なる種のBP−NAコンジュゲートを含み得る。一部の実施形態では、組成物は、少なくとも10、50、100、500、1000、2000、3000、4000、5000、10、50000、10、10、10、10、10、10、1010、1011のBP−NAコンジュゲートを含み得る。一部の実施形態では、組成物は、少なくとも10、50、100、500、1000、2000、3000、4000、5000、10、50000、10、10、10、10、10、10、1010、1011の相補的な蛍光標識イメージャー鎖を含み得る。一部の実施形態では、組成物は、1〜約200以上の異なる種のBP−NAコンジュゲート及び/又はイメージャー鎖を含み得る。例えば、組成物は、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、又はそれを超える異なる種を含み得る。一部の実施形態では、組成物は、約5〜約200未満の異なる種のBP−NAコンジュゲート及び/又はイメージャー鎖を含み得る。例えば、組成物は、5未満、6未満、7未満、8未満、9未満、10未満、15未満、20未満、25未満、30未満、35未満、40未満、45未満、50未満、55未満、60未満、65未満、70未満、75未満、80未満、85未満、90未満、95未満、100未満、125未満、150未満、175未満、又は200未満の異なる種を含み得る。
Compositions Described herein are compositions comprising at least one or at least two (eg, multiple) BP-NA conjugates (eg, protein-nucleic acid conjugates) of the present disclosure. The BP-NA conjugate may bind to the target of interest (eg, a biomolecule) and / or may temporarily bind to a complementary fluorescently labeled imager strand. The composition may comprise a plurality of the same or different species of BP-NA conjugates. In some embodiments, the composition comprises at least 10,50,100,500,1000,2000,3000,4000,5000,10 4, 50000,10 5, 10 5, 10 6, 10 7, 10 8, 10 9 , 10 10 , 10 11 BP-NA conjugates may be included. In some embodiments, the composition comprises at least 10,50,100,500,1000,2000,3000,4000,5000,10 4, 50000,10 5, 10 5, 10 6, 10 7, 10 8, 10 9 , 10 10 , 10 11 complementary fluorescently labeled imager strands may be included. In some embodiments, the composition may comprise from 1 to about 200 or more different species of BP-NA conjugates and / or imager chains. For example, the composition is at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70. , 75, 80, 85, 90, 95, 100, 125, 150, 175, 200, or more different species. In some embodiments, the composition can comprise about 5 to less than about 200 different species of BP-NA conjugates and / or imager chains. For example, the composition is less than 5, less than 6, less than 7, less than 8, less than 9, less than 10, less than 15, less than 20, less than 25, less than 30, less than 35, less than 40, less than 45, less than 50, less than 55 , Less than 60, less than 65, less than 70, less than 75, less than 80, less than 85, less than 90, less than 95, less than 100, less than 125, less than 150, less than 175, or less than 200 different species.

組成物中の相補的な蛍光標識イメージャー鎖イメージャー鎖の数は、組成物中のBP−NAコンジュゲートの数よりも少なくても、同数であるか、又は多くても良いことを理解されたい。   It is understood that the number of complementary fluorescently labeled imager strands in the composition can be less than, equal to, or greater than the number of BP-NA conjugates in the composition. I want.

キット
本開示は、本明細書に記載される1つ以上の組成物を含むキットをさらに提供する。このキットは、例えば、BP−NAコンジュゲート及び/又は蛍光標識イメージャー鎖を含み得る。キットはまた、BP−NAコンジュゲートを作製するため、又はイメージャー鎖を標識するための構成要素も含み得る。例えば、キットは、結合パートナー(例えば、抗体)、ドッキング鎖、及び介在リンカー、例えば、ビオチン及びストレプトアビジン分子など、及び/又はイメージャー鎖を含み得る。キットは、上記の目的を含め、当業者に明らかなあらゆる目的のために使用することができる。
Kits The present disclosure further provides kits comprising one or more compositions described herein. The kit can include, for example, a BP-NA conjugate and / or a fluorescently labeled imager chain. The kit may also include components for making a BP-NA conjugate or for labeling the imager strand. For example, the kit can include a binding partner (eg, an antibody), a docking strand, and an intervening linker, such as a biotin and streptavidin molecule, and / or an imager chain. The kit can be used for any purpose apparent to those of skill in the art, including those described above.

キットは、他の試薬、例えば、ハイブリダイゼーション反応を行うための緩衝液も含み得る。キットはまた、キットの構成要素の使用のため、及び/又はBP−NAコンジュゲート及び/又は標識イメージャー鎖の作製及び/又は使用のための取扱説明書も含み得る。   The kit may also include other reagents, such as a buffer for performing a hybridization reaction. The kit can also include instructions for use of the components of the kit and / or for the production and / or use of BP-NA conjugates and / or labeled imager chains.

一部の実施形態では、キットは、少なくとも1つのドッキング鎖、及びドッキング鎖に一時的に結合できる少なくとも1つの標識イメージャー鎖を含む。ドッキング鎖は、結合パートナーにコンジュゲートしても良く、又はしなくても良い。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、「一般的な」非標的特異的親和性分子(例えば、ビオチン又はストレプトアビジン)にコンジュゲートされ、この非標的特異的親和性分子は、最終使用者によって選択される結合パートナーにドッキング鎖を結合するために使用することができる。一部の実施形態では、この親和性分子は二次抗体である。従って、一部の実施形態では、キットは、少なくとも1つのドッキング鎖、少なくとも1つの親和性分子、例えば、二次抗体、及び少なくとも1つのイメージャー鎖を含む。   In some embodiments, the kit includes at least one docking strand and at least one labeled imager strand that can temporarily bind to the docking strand. The docking strand may or may not be conjugated to the binding partner. In some embodiments, the docking strand is conjugated to a “generic” non-target specific affinity molecule (eg, biotin or streptavidin), which is targeted by the end user. It can be used to bind the docking strand to the selected binding partner. In some embodiments, the affinity molecule is a secondary antibody. Thus, in some embodiments, the kit includes at least one docking strand, at least one affinity molecule, eg, a secondary antibody, and at least one imager strand.

一部の実施形態では、キットは、(a)結合パートナー、例えば、タンパク質(例えば、標的に結合するタンパク質)に連結された少なくとも1つのドッキング鎖及び(b)ドッキング鎖に一時的に結合することができる(例えば、一時的に結合する)少なくとも1つ(例えば、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも10、少なくとも100)の標識イメージャー鎖を含む。ドッキング鎖は、例えば、少なくとも2つのドメイン又は少なくとも3つのドメインを含み得、各ドメインは、それぞれに相補的な標識イメージャー鎖に結合する。標識イメージャー鎖の数は、例えば、ドッキング鎖の数よりも少なくても、多くても、又は同数でも良い。結合パートナーは、タンパク質、例えば、抗体(例えば、モノクローナル抗体)、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーなどであり得る。一部の実施形態では、キットは、少なくとも2つの異なる結合パートナー(例えば、タンパク質)を含み、それぞれが、異なる標的に特異的である。結合パートナー(例えば、タンパク質)は、一部の実施形態では、介在リンカー、例えば、ビオチン及びストレプトアビジンを含むリンカー(例えば、ビオチン−ストレプトアビジン−ビオチンリンカー)などによってドッキング鎖に連結されている。一部の実施形態では、ドッキング鎖は、ドッキング鎖を結合パートナーに連結するために使用することができる親和性分子を含むように変更されている。一部の実施形態では、親和性分子は二次抗体である。イメージャー鎖は、一部の実施形態では、少なくとも1つの蛍光標識(例えば、少なくとも1つのフルオロフォア)で標識される。一部の実施形態では、イメージャー鎖の長さは、4〜30ヌクレオチド又はそれを超える。例えば、イメージャー鎖の長さは、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、又は30ヌクレオチドであり得る。一部の実施形態では、イメージャー鎖の長さは、8〜10ヌクレオチドである。一部の実施形態では、キットは、少なくとも2つのイメージャー鎖を含み、それぞれのイメージャー鎖は互いに異なっている。一部の実施形態では、相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性は、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である。   In some embodiments, the kit temporarily binds (a) at least one docking strand linked to a binding partner, eg, a protein (eg, a protein that binds to a target) and (b) a docking strand. At least one (eg, at least 2, at least 3, at least 4, at least 5, at least 10, at least 100) labeled imager strands. The docking strand can include, for example, at least two domains or at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. The number of labeled imager strands may be, for example, less, more or the same as the number of docking strands. The binding partner can be a protein, such as an antibody (eg, a monoclonal antibody), an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. In some embodiments, the kit includes at least two different binding partners (eg, proteins), each specific for a different target. The binding partner (eg, protein) is, in some embodiments, linked to the docking strand by an intervening linker, such as a linker comprising biotin and streptavidin (eg, biotin-streptavidin-biotin linker). In some embodiments, the docking strand is modified to include an affinity molecule that can be used to link the docking strand to a binding partner. In some embodiments, the affinity molecule is a secondary antibody. The imager strand is labeled with at least one fluorescent label (eg, at least one fluorophore) in some embodiments. In some embodiments, the length of the imager strand is 4-30 nucleotides or more. For example, the length of the imager chain is 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, It can be 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30 nucleotides. In some embodiments, the length of the imager strand is 8-10 nucleotides. In some embodiments, the kit includes at least two imager strands, each imager strand being different from one another. In some embodiments, the thermal stability of docking strands that are temporarily bound to complementary labeled imager strands is other docking strands that are temporarily bound to their respective labeled imager strands. Within the thermal stability range of 0.5 kcal / mol of other docking strands.

一部の実施形態では、キットは、(a)モノクローナル抗体又はその抗原結合断片(例えば、モノクローナル抗体又は標的に結合するその抗原結合断片)に連結された少なくとも1つのドッキング鎖及び(b)ドッキング鎖に一時的に結合することができる(例えば、一時的に結合する)少なくとも1つ(例えば、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも10、少なくとも100)の標識イメージャー鎖を含む。ドッキング鎖は、例えば、少なくとも2つのドメインを含み得、各ドメインは、それぞれに相補的な標識イメージャー鎖に結合する。標識イメージャー鎖の数は、例えば、ドッキング鎖の数よりも少なくても、多くても、又は同数でも良い。一部の実施形態では、キットは、少なくとも2つの異なるモノクローナル抗体又はその抗原結合断片を含み、それぞれが異なる標的に特異的である。モノクローナル抗体又はその抗原結合断片は、一部の実施形態では、ビオチン及びストレプトアビジンを含む介在リンカー(例えば、ビオチン−ストレプトアビジン−ビオチンリンカー)によってドッキング鎖に連結されている。イメージャー鎖は、一部の実施形態では、少なくとも1つの蛍光標識(例えば、少なくとも1つのフルオロフォア)で標識される。一部の実施形態では、イメージャー鎖の長さは、4〜30ヌクレオチド又はそれを超える。例えば、イメージャー鎖の長さは、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、又は30ヌクレオチドであり得る。一部の実施形態では、イメージャー鎖の長さは、8〜10ヌクレオチドである。一部の実施形態では、キットは、少なくとも2つのイメージャー鎖を含み、それぞれのイメージャー鎖は互いに異なっている。一部の実施形態では、相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性は、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である。   In some embodiments, the kit comprises (a) at least one docking strand linked to a monoclonal antibody or antigen-binding fragment thereof (eg, a monoclonal antibody or antigen-binding fragment thereof that binds to a target) and (b) a docking strand. At least one (eg, at least two, at least three, at least four, at least five, at least 10, at least 100) labeled imager Includes chains. The docking strand can include, for example, at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. The number of labeled imager strands may be, for example, less, more or the same as the number of docking strands. In some embodiments, the kit comprises at least two different monoclonal antibodies or antigen-binding fragments thereof, each specific for a different target. The monoclonal antibody or antigen-binding fragment thereof, in some embodiments, is linked to the docking strand by an intervening linker comprising biotin and streptavidin (eg, biotin-streptavidin-biotin linker). The imager strand is labeled with at least one fluorescent label (eg, at least one fluorophore) in some embodiments. In some embodiments, the length of the imager strand is 4-30 nucleotides or more. For example, the length of the imager chain is 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, It can be 24, 25, 26, 27, 28, 29, or 30 nucleotides. In some embodiments, the length of the imager strand is 8-10 nucleotides. In some embodiments, the kit includes at least two imager strands, each imager strand being different from one another. In some embodiments, the thermal stability of docking strands that are temporarily bound to complementary labeled imager strands is other docking strands that are temporarily bound to their respective labeled imager strands. Within the thermal stability range of 0.5 kcal / mol of other docking strands.

用途
本開示のBP−NAコンジュゲート(例えば、タンパク質−核酸コンジュゲート又は抗体−核酸コンジュゲート)は、特に、既存の標的検出技術が使用される任意のアッセイで使用することができる。
Applications The BP-NA conjugates of the present disclosure (eg, protein-nucleic acid conjugates or antibody-nucleic acid conjugates) can be used in particular in any assay in which existing target detection techniques are used.

典型的には、アッセイとして、診断アッセイ、予後アッセイ、患者監視アッセイ、スクリーニングアッセイ、生物戦アッセイ(biowarfare assay)、法医学的分析アッセイ、及び出生前ゲノム診断アッセイなどを含む検出アッセイが挙げられる。アッセイは、in vitroアッセイ又はin vivoアッセイであり得る。本開示は、たとえこのような標的が従来技術のイメージング法で空間的に解像可能でなくても(従って、空間的に異なっていなくても)、多数の異なる標的を、本開示の方法を用いて単一サンプルから一度に分析できるという利点を提供する。これにより、例えば、1つのサンプルに対して行われるいくつかの診断検査が可能となる。   Assays typically include detection assays, including diagnostic assays, prognostic assays, patient monitoring assays, screening assays, biowarfare assays, forensic analytical assays, prenatal genome diagnostic assays, and the like. The assay can be an in vitro assay or an in vivo assay. The present disclosure provides a method for disclosing a number of different targets, even if such targets are not spatially resolvable with prior art imaging methods (and thus not spatially different). And provides the advantage of being able to analyze from a single sample at a time. This allows several diagnostic tests to be performed on one sample, for example.

BP−NAコンジュゲートはまた、部位又は領域を単純に観察するために使用することもできる。   BP-NA conjugates can also be used to simply observe a site or region.

本開示の方法は、病変細胞型がサンプル中に存在するか否かを決定し、かつ/又は疾患の病期を分類するために、患者から得られたサンプル又は患者由来のサンプルの分析に適用することができる。例えば、血液サンプルは、サンプル中の癌細胞型の存在及び/又は癌細胞型のマーカーの量を決定し、これにより癌を診断又は病期を分類するために、本明細書に記載される任意の方法に従ってアッセイすることができる。   The methods of the present disclosure can be applied to the analysis of samples obtained from patients or samples derived from patients to determine whether lesion cell types are present in the samples and / or to classify disease stages. can do. For example, a blood sample can be any of those described herein to determine the presence of cancer cell types and / or the amount of cancer cell type markers in the sample, thereby diagnosing or classifying cancer. It can be assayed according to the method.

あるいは、本明細書に記載の方法は、病原体感染、例えば、細胞内細菌及びウイルスによる感染を、サンプル中の細菌又はウイルスのそれぞれの存在及び/又はマーカーの量を決定することによって診断するために使用することができる。従って、本開示の方法、組成物、及びキットを用いて検出された標的は、患者のマーカー(例えば、腫瘍マーカー)又は外来病原体での感染のマーカー、例えば、細菌マーカー若しくはウイルスマーカーであり得る。   Alternatively, the methods described herein are for diagnosing pathogen infection, eg, infection by intracellular bacteria and viruses, by determining the presence of each of the bacteria or viruses in the sample and / or the amount of markers. Can be used. Thus, a target detected using the disclosed methods, compositions, and kits can be a patient marker (eg, a tumor marker) or a marker of infection with a foreign pathogen, eg, a bacterial or viral marker.

本開示の定量的イメージング法は、例えば、その存在量が生物学的状態又は病状(例えば、病態の結果として上方制御又は下方制御される血液マーカー)を示す標的(例えば、標的生体分子)を定量するために使用することができる。   The quantitative imaging method of the present disclosure, for example, quantifies a target (eg, a target biomolecule) whose abundance is indicative of a biological state or disease state (eg, a blood marker that is up- or down-regulated as a result of a disease state). Can be used to

さらに、本開示の方法、組成物、及びキットは、患者の治療過程の決定に役立つ診断情報を提供するために使用することができる。例えば、腫瘍の特定のマーカーの量は、たとえ患者の少量のサンプルからでも正確に定量することができる。乳癌のような特定の疾患では、特定のタンパク質、例えば、Her2−neuの過剰発現は、より積極的な治療過程が必要となることを示す。   In addition, the disclosed methods, compositions, and kits can be used to provide diagnostic information useful in determining a patient's course of treatment. For example, the amount of a particular marker of a tumor can be accurately quantified even from a small sample of a patient. In certain diseases, such as breast cancer, overexpression of certain proteins, such as Her2-neu, indicates that a more aggressive therapeutic process is required.

本開示の方法はまた、化合物、突然変異、温度変化、成長ホルモン、成長因子、疾患、又は培養条件の変化を含む摂動の様々な標的に対する影響を決定し、これにより、その存在、非存在、又はレベルが特定の生物学的状態を示す標的を特定するために使用することができる。一部の実施形態では、本開示は、病態の成因及び経路を解明及び発見するために使用される。例えば、疾患組織に存在する標的の量と「正常」組織に存在する標的の量の比較により、疾患に関与する重要な標的の解明が可能となり、これにより、疾患の治療に使用することができる新たな薬剤候補の発見/スクリーニングのための標的を特定することができる。   The methods of the present disclosure also determine the effect of various perturbations on compounds, mutations, temperature changes, growth hormones, growth factors, diseases, or changes in culture conditions, thereby determining their presence, absence, Or it can be used to identify targets whose levels are indicative of a particular biological state. In some embodiments, the present disclosure is used to elucidate and discover pathogenesis and pathways. For example, comparison of the amount of target present in diseased tissue with the amount of target present in “normal” tissue allows the elucidation of important targets involved in the disease, which can be used to treat disease Targets for discovery / screening of new drug candidates can be identified.

分析されるサンプルは、生物学的サンプル、例えば、血液、痰、リンパ液、粘液、便、及び尿などであり得る。サンプルは、環境サンプル、例えば、水サンプル、空気サンプル、及び食品サンプルなどであり得る。アッセイは、固定化された結合反応の1つ以上の成分を用いて行うことができる。従って、標的又はBP−NAコンジュゲートを固定化することができる。アッセイは、固定化されていない結合反応の1つ以上の成分を用いて行うことができる。アッセイは、本開示のBP−NAコンジュゲート及び蛍光標識イメージャー鎖によって提供される多重化の可能性を考慮して、実質的に同時にサンプル中の標的の数の検出を含み得る。一例として、アッセイは、(例えば、特異的な細胞表面受容体に基づいた)特定の細胞型、及びこの特定の細胞型における特定の遺伝子突然変異を検出するために使用することができる。このようにして、最終使用者は、一例として、特定の型の細胞のどの程度が目的の突然変異を有するかを決定することもできる。   Samples to be analyzed can be biological samples such as blood, sputum, lymph, mucus, stool, urine, and the like. The sample can be an environmental sample, such as a water sample, an air sample, a food sample, and the like. The assay can be performed using one or more components of an immobilized binding reaction. Thus, the target or BP-NA conjugate can be immobilized. The assay can be performed using one or more components of a binding reaction that is not immobilized. The assay may involve detection of the number of targets in the sample substantially simultaneously, taking into account the multiplexing possibilities provided by the BP-NA conjugates and fluorescently labeled imager strands of the present disclosure. As an example, the assay can be used to detect a particular cell type (eg, based on a specific cell surface receptor) and a particular gene mutation in this particular cell type. In this way, the end user can, by way of example, determine how much of a particular type of cell has the mutation of interest.

装置
図23A及び図23Bに示されているように、液体の処理のための流体チャンバ装置も本明細書に記載される。一部の実施形態では、この装置は、それぞれ一端がサンプルチャンバに接続された第1の通路及び第2の通路を備えるポリマー系(例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS))装置である。この構成により、1つ以上の流体が制御された速度でサンプルに連続的に投与される。例えば、シリンジを使用して、第1の流体を装置の第1の通路を介してサンプルに投与することができる。次いで、シリンジを使用して、装置の第1の通路を通ってサンプルチャンバに流れる第2の流体を投与し、これにより、第1の流体をサンプルチャンバから押し出して、第2の通路から、例えば、この第2の通路に接続されたタンクに入れることができる(図23A)。一部の実施形態では、装置は、この装置の下に配置された顕微鏡対物レンズから見ることができるようにスライドガラスに配置される。
Apparatus As shown in FIGS. 23A and 23B, a fluid chamber apparatus for the treatment of liquids is also described herein. In some embodiments, the device is a polymer-based (eg, polydimethylsiloxane (PDMS)) device that includes a first passage and a second passage each connected at one end to the sample chamber. With this configuration, one or more fluids are continuously administered to the sample at a controlled rate. For example, a syringe can be used to administer the first fluid to the sample through the first passage of the device. A syringe is then used to administer a second fluid that flows through the first passage of the device to the sample chamber, thereby pushing the first fluid out of the sample chamber and, for example, from the second passage, Can be placed in a tank connected to this second passage (FIG. 23A). In some embodiments, the device is placed on a glass slide so that it can be viewed from a microscope objective placed under the device.

超解像イメージング
空間解像度が増大したスーパー解像イメージング(本明細書では「超解像」イメージングと呼ばれる)は、一実施形態では、図11Aに示されている、2つの戦略の一方を用いて1つの局在化事象当たりの光子の数を増加させることによって達成することができる。第1の戦略では、1つ1つの補充可能なフルオロフォアからの光子の最大数が推論される。フルオロフォア安定化緩衝液(16、17)と共に高いレーザー励起出力を使用して、ドッキング部位(又はドッキング鎖の部位)で一時的に結合したフルオロフォアを「消光」させ、これにより1つの結合事象及び色素当たりの光子の最大数を推論することができる(図11A)。イメージャー鎖の反復的な結合により、いずれの結合鎖の「消光」も可能となり、従って、放射された光子を最大限利用することができ、従来のイメージング技術に対して局在化の精度が大幅に向上することになる。第2の戦略では、明るいメタフルオロフォア(metafluorophore)が使用される。蛍光DNAナノ構造、又は「メタフルオロフォア」を、コンパクトDNAナノ構造に多数のフルオロフォアを付加することによって形成することができる(図11B3)。メタフルオロフォアからの個々の色素発光の全てが、同じ点源を起源とすると解釈され、従って、標準的なフルオロフォア(例えば、Cy3)の代わりにメタフルオロフォアを用いることにより、局在化の精度がさらに向上する。能動的にバックグラウンドが抑制されたメタフルオロフォアのより進展した形態が図11B4に示されている。ここで、貝殻様構造が、ドッキング鎖に結合したときにのみ蛍光を発する条件付きフルオロフォアとして機能する。
Super-resolution imaging Super-resolution imaging (referred to herein as “super-resolution” imaging) with increased spatial resolution, in one embodiment, uses one of the two strategies shown in FIG. 11A. This can be achieved by increasing the number of photons per localization event. In the first strategy, the maximum number of photons from each replenishable fluorophore is inferred. Using a high laser excitation power with the fluorophore stabilization buffer (16, 17), “quenched” the fluorophore temporarily bound at the docking site (or site of the docking strand), thereby allowing one binding event And the maximum number of photons per dye can be inferred (FIG. 11A). The repetitive binding of the imager strands allows for “quenching” of any binding strands, thus maximizing the use of emitted photons and localization accuracy over conventional imaging techniques. It will greatly improve. In the second strategy, a bright metafluorophore is used. Fluorescent DNA nanostructures, or “metafluorophores” can be formed by adding multiple fluorophores to a compact DNA nanostructure (FIG. 11B3). All of the individual dye emissions from the metafluorophore are taken to originate from the same point source, and thus by using a metafluorophore instead of a standard fluorophore (eg, Cy3) The accuracy is further improved. A more advanced form of metafluorophore with actively suppressed background is shown in FIG. 11B4. Here, the shell-like structure functions as a conditional fluorophore that emits fluorescence only when bound to the docking chain.

本開示は、上記のように、スポット検出、フィッティング、及びドリフト補正に使用されるアルゴリズムも提供する。   The present disclosure also provides algorithms used for spot detection, fitting, and drift correction as described above.

ドリフト補正用のソフトウェアアルゴリズム
一部の実施形態は、時系列に記録された画像におけるドリフトを補正するための方法及び装置に関する。以下にさらに詳細に説明される、ドリフト補正を行うための技術の非限定の適用例では、ドッキング鎖とイメージング鎖との間の一時的な結合に関与する、本明細書に記載の分子レベルのDNAベースのイメージングにおけるドリフトを補正する。しかしながら、本明細書に記載の技術は、別法として、1つ以上の一時的なイメージング事象が時系列の画像の際に記録される他のイメージングの適用例においてドリフトを補正するために使用することができ、かつドリフト補正に関連した実施形態は、分子レベルのDNAベースのイメージングに限定されるものではないことを理解されたい。
Software Algorithm for Drift Correction Some embodiments relate to a method and apparatus for correcting drift in images recorded in time series. In a non-limiting application of techniques for performing drift correction, described in further detail below, the molecular level described herein is involved in the temporary binding between the docking strand and the imaging strand. Correct for drift in DNA-based imaging. However, the techniques described herein may alternatively be used to correct drift in other imaging applications where one or more temporal imaging events are recorded during time series of images. It should be understood that embodiments that are capable of and that are related to drift correction are not limited to molecular-level DNA-based imaging.

一部の実施形態では、DNAナノ構造は、ドリフトマーカーとして使用することができる。任意の適切なDNAナノ構造(例えば、(Rothemundによる米国特許出願公開第2007/0117109 A1号)、single-stranded tiles(Yin et al., “Programming DNA Tube Circumferences,” Science (2008): 321: 824-826)、DNAヘアピン(Yinらによる米国特許出願公開第2009/0011956 A1号;Yin et al., “Programming biomolecular self-assembly pathways,” Nature (2008) 451:318-323)を使用することができ、このようなナノ構造は、例えば、DNA折り紙技術を用いて形成することができる。先進的分析及び後処理技術と組み合わせられた、DNAナノ構造ベースのドリフトマーカーを使用するドリフト補正は、高精度の補正、長時間のイメージングとの適合性、及び実施の容易さの利点を有する。蛍光ビーズに基づいたドリフトマーカーを含む従来の核酸ベースのイメージング技術は、ビーズが消光されるまでのイメージング時間の長さが限定されているという問題があり;明視野イメージングは、専用の機器、例えば、二重視野カメラビュー(dual-field camera view)を必要とする。   In some embodiments, DNA nanostructures can be used as drift markers. Any suitable DNA nanostructure (eg, (US Patent Application Publication No. 2007/0117109 A1 by Rothemund), single-stranded tiles (Yin et al., “Programming DNA Tube Circumferences,” Science (2008): 321: 824 -826), DNA hairpins (US Patent Application Publication No. 2009/0011956 A1 by Yin et al .; Yin et al., “Programming biomolecular self-assembly pathways,” Nature (2008) 451: 318-323). Such nanostructures can be formed, for example, using DNA origami technology Drift correction using DNA nanostructure-based drift markers combined with advanced analysis and post-processing techniques is highly Advantages of accuracy correction, compatibility with long-term imaging, and ease of implementation, including conventional nucleic acid-based events including drift markers based on fluorescent beads. Singing techniques have the problem of limited imaging time before the beads are quenched; bright field imaging uses dedicated equipment, eg, a dual-field camera view. I need.

本明細書に記載の一部の実施形態によるドリフト補正技術は、複数の段階を含み得、各段階は、異なる技術を使用してドリフト補正を行う。一部の実施形態では、ある段階の出力は、追加のドリフト補正処理のための次の段階への入力として供給される。第1の段階では、粗ドリフト補正が、隣接フレームの局在化の比較によって行われる。第2の段階では、単一ドリフトマーカーが選択され、その時間トレースが、異なる粗補正として使用される。第3の段階では、ドリフトマーカーの群が、自動的又は使用者の入力で選択され、次いで、その時間トレースが、より正確なドリフト補正を計算するために組み合わせられる。第4の段階では、局在化が、画定されて空間的に解像可能なジオメトリ(例えば、4×3の格子点)にスポットを表示する鋳型ベースのドリフトマーカーからプールされる。第5の段階では、ノイズをさらに低減して、最終画像の解像度を可能にして分子レベルの解像度に到達するように、ドリフト補正の平滑化が行われる。   A drift correction technique according to some embodiments described herein may include multiple stages, each stage performing a drift correction using a different technique. In some embodiments, the output of one stage is provided as an input to the next stage for additional drift correction processing. In the first stage, coarse drift correction is performed by comparing the localization of adjacent frames. In the second stage, a single drift marker is selected and its time trace is used as a different coarse correction. In the third stage, groups of drift markers are selected automatically or with user input, and then their time traces are combined to calculate a more accurate drift correction. In the fourth stage, localization is pooled from template-based drift markers that display spots in a defined and spatially resolvable geometry (eg, 4 × 3 grid points). In the fifth stage, the drift correction is smoothed to further reduce the noise and enable the resolution of the final image to reach the molecular level resolution.

これらの5つの段階の任意の数及び/又は組み合わせを、本明細書に記載の技術に従って行うことができる。例えば、一部の実施形態では、時系列の画像におけるドリフトの量は、品質測定を用いて特徴付けることができ、この品質測定に少なくとも部分的に基づいて、1つ以上の段階を排除することができる。他の実施形態では、実施形態がこれに関して限定されるものではないため、5つの段階全てを行うことができる。なお他の実施形態では、本明細書に記載の少なくとも1つの段階と組み合わせられて使用される追加のドリフト補正段階も使用することができる。   Any number and / or combination of these five stages can be performed according to the techniques described herein. For example, in some embodiments, the amount of drift in a time-series image can be characterized using a quality measurement, and based on this quality measurement can eliminate one or more stages. it can. In other embodiments, all five stages can be performed, as embodiments are not limited in this regard. In still other embodiments, additional drift correction stages may be used that are used in combination with at least one stage described herein.

ドリフト補正を行うための技術の以下の説明では、FWHM(半値全幅)という語は、「解像度」の数学的代用として使用される。ガウス分布ではFWHM≒σ2.35という近似も使用され、σは標準偏差である。ドリフト補正を行うための本明細書に記載の技術は、時系列の画像の処理に関する。記録された画像スタックは、本明細書では「ムービー」と呼ばれ、個々の画像はそれぞれ、「フレーム」と呼ばれる。ムービーの各フレームは、スポット発見アルゴリズムで動作され、次いで、局所ガウスフィッティングアルゴリズムを、それぞれの識別されたスポットに使用することができ;このスポットとそのフィッティングされた中心位置の特定は、本明細書では互換的に「局在化」と呼ばれる。ムービーのフレームは、一部のフレームには存在するが他のフレームには存在しない1つ以上の一時的事象を捕捉する。ムービーのフレームが、上記の核酸ベースのイメージングに関連している技術の例示的な適用例では、解離までのイメージャー鎖のドッキング鎖へのハイブリダイゼーションは、本明細書では結合「事象」と呼ばれ;従って、事象は、一連の隣接フレームにおけるいくつかの局在化を有し得、典型的にはこれらの局在化からなる。結合事象は、ドリフト補正を行うための本明細書に記載の技術を用いて分析することができる1つの例示的な一時的な事象として以下にさらに詳細に説明されるが、時系列に画像化される他のタイプの一時的な事象を別法として使用できることを理解されたい。視野の特定の領域内で、全ムービーに亘る全ての局在化の集合体が、まとめて「時間トレース」と呼ばれ、この時間トレースは、観察する構造の動きを反映し、以下により詳細に説明されるように、いくつかの異なる方法でドリフト補正に使用される。 In the following description of the technique for performing drift correction, the term FWHM (full width at half maximum) is used as a mathematical substitute for “resolution”. In the Gaussian distribution, the approximation FWHM≈σ * 2.35 is also used, where σ is the standard deviation. The techniques described herein for performing drift correction relate to processing time-series images. The recorded image stack is referred to herein as a “movie”, and each individual image is referred to as a “frame”. Each frame of the movie is operated with a spot discovery algorithm, and then a local Gaussian fitting algorithm can be used for each identified spot; identification of this spot and its fitted center location is described herein. So, interchangeably, it is called “localization”. Movie frames capture one or more transient events that are present in some frames but not in others. In the exemplary application of the technique where the frame of the movie is related to nucleic acid based imaging as described above, the hybridization of the imager strand to the docking strand until dissociation is referred to herein as a binding “event”. Thus, an event can have several localizations in a series of adjacent frames, typically consisting of these localizations. The binding event is described in more detail below as one exemplary transient event that can be analyzed using the techniques described herein for performing drift correction, but is imaged in time series. It should be understood that other types of transient events can be used alternatively. Within a particular area of the field of view, the collection of all localizations across the entire movie is collectively referred to as a “time trace”, which reflects the movement of the observed structure and is described in more detail below. As described, it is used for drift correction in several different ways.

ドリフト補正技術の概要
図12は、本明細書に記載の技術に従って行うことができるドリフト補正手順の5つの段階の模式的な概略図を例示している。これらの段階は、未処理画像から、5つの段階のそれぞれ技術を用いて処理された最終画像へと順に連続的に行われるとして例示されている。これらの段階はそれぞれ、以下により詳細に説明される。簡単に述べると、図12A(i)は、ドリフト補正の各段階の原理を示す模式図を示している。各画像では、黒いマーカー及び線はソースデータを示し、赤い値及び曲線は、計算上のドリフト補正を例示している。図12A(ii)は、各段階で使用される主要なタイプのドリフトマーカー(例えば、DNAドリフトマーカー)の模式図を示している。図12B(i)は、各段階又は補正後のイメージングの質を示す構造の一例を例示し、図12B(ii)は、各段階での図12B(i)の対応する緑色の長方形のズーム画像を示している。図12B(i)及び図12B(ii)に示されているスケールバーは50nmに相当する。図12C(i)は、補正の各段階の後のドリフトトレースの一例を例示し、図12C(ii)は、各段階での図12C(i)の対応する緑色の長方形のズーム画像を示している。図12C(i)のスケールバーは、x:500nm、t:500秒に相当し、図12C(ii)のスケールバーは、x:10nm、t:10秒に相当する。図18は、一部の実施形態に従ったドリフト補正のプロセスにおける段階の代替の表現を例示している。
Overview of Drift Correction Technique FIG. 12 illustrates a schematic schematic of five stages of a drift correction procedure that can be performed in accordance with the techniques described herein. These stages are illustrated as being performed sequentially in sequence from the unprocessed image to the final image processed using each of the five stage techniques. Each of these stages is described in more detail below. In brief, FIG. 12A (i) shows a schematic diagram showing the principle of each stage of drift correction. In each image, black markers and lines indicate the source data, and red values and curves illustrate the computational drift correction. FIG. 12A (ii) shows a schematic diagram of the main types of drift markers (eg, DNA drift markers) used at each stage. FIG. 12B (i) illustrates an example of a structure showing the quality of imaging at each stage or after correction, and FIG. 12B (ii) is a corresponding green rectangular zoom image of FIG. 12B (i) at each stage. Is shown. The scale bar shown in FIG. 12B (i) and FIG. 12B (ii) corresponds to 50 nm. FIG. 12C (i) illustrates an example of a drift trace after each stage of correction, and FIG. 12C (ii) shows the corresponding green rectangular zoom image of FIG. 12C (i) at each stage. Yes. The scale bar in FIG. 12C (i) corresponds to x: 500 nm and t: 500 seconds, and the scale bar in FIG. 12C (ii) corresponds to x: 10 nm and t: 10 seconds. FIG. 18 illustrates an alternative representation of the stages in the drift correction process according to some embodiments.

一部の実施形態では、第1の段階からの画像解像出力は、約1μmであり得る。   In some embodiments, the image resolution output from the first stage can be about 1 μm.

一部の実施形態では、第2の段階からの画像解像出力は、約200nmであり得る。   In some embodiments, the image resolution output from the second stage can be about 200 nm.

一部の実施形態では、第3の段階からの画像解像出力は、約20nmであり得る。   In some embodiments, the image resolution output from the third stage can be about 20 nm.

一部の実施形態では、第4の段階からの画像解像出力は、約5nmであり得る。   In some embodiments, the image resolution output from the fourth stage can be about 5 nm.

一部の実施形態では、第4の段階からの画像解像出力は、約5nm未満であり得る。   In some embodiments, the image resolution output from the fourth stage can be less than about 5 nm.

イメージングの質及び達成可能な解像の限界
ドリフト補正画像の可能な最高の質は、個々の局在化の質によって制限され、この質は、イメージングセッション中に使用される様々な条件(例えば、顕微鏡イメージングセッション)によって決まる。異なるイメージング条件の質を定量的に評価し、これらの質同士を効果的に比較するために、隣接フレーム局在化間の距離(DNFL)と呼ばれる量が、連続的な画像フレームから検出された局在化間の平均離隔距離として定義され、この平均離隔距離は、同じ一時的な事象(例えば、結合事象)から生じる。
Imaging quality and limitations of achievable resolution The highest possible quality of drift-corrected images is limited by the quality of the individual localization, and this quality can vary depending on the various conditions used during the imaging session (e.g. Dependent on microscope imaging session). To quantitatively evaluate the quality of different imaging conditions and effectively compare these qualities, a quantity called the distance between adjacent frame localizations (DNFL) was detected from successive image frames. Defined as the average separation between localizations, this average separation results from the same transient event (eg, binding event).

画像のDNFLを計算するための手順は、次のように概要が説明される。NFの各対(隣接するフレーム、例えば、フレーム#1及び#2)では、両方のフレームからの全ての局在化がプールされ、フレーム間にドリフトが存在しないと仮定して、異なるフレームからの局在化の各対(例えば、フレーム#1からの1つの局在化と別のフレーム#2からの局在化)間の距離が計算される。全てのNF対から得られる距離が、二峰性分布を得るためにプールされる。二峰性分布の第1のモードは、幅が広く、振幅が高く、かつ視野の幅に亘っている。二峰性分布の第2のモードは、急であり、振幅が低く、0に近く、かつ同じ結合事象からの局在化に一致する。第2のモードの最大値を決定することができ、局所ガウスフィッティングアルゴリズムを、ほぼ最大値で行ってピークの中心を決定することができる。この値は、特定の画像のDNFLと見なすことができる。連続したフレームからの局在化を組み合わせなくても、DNFL値が、特定の画像から達成することができる可能な最高の解像の限界を設定し、最良の達成可能な解像度とDNFLとの間の数学的関係は、最良の達成可能な解像度=DNFL/ルート2×2.35である。   The procedure for calculating the DNFL of an image is outlined as follows. For each pair of NFs (adjacent frames, eg, frames # 1 and # 2), all localizations from both frames are pooled and from different frames assuming there is no drift between frames. The distance between each pair of localizations (eg, one localization from frame # 1 and localization from another frame # 2) is calculated. The distances obtained from all NF pairs are pooled to obtain a bimodal distribution. The first mode of the bimodal distribution is wide, high in amplitude, and spans the field of view. The second mode of the bimodal distribution is steep, has a low amplitude, is close to zero, and is consistent with localization from the same binding event. The maximum value of the second mode can be determined and a local Gaussian fitting algorithm can be performed at approximately the maximum value to determine the center of the peak. This value can be regarded as the DNFL of a particular image. Without combining localization from successive frames, the DNFL value sets the highest resolution limit that can be achieved from a particular image, and between the best achievable resolution and DNFL Is the best achievable resolution = DNFL / root 2 × 2.35.

ドリフト補正の品質及び対応可能な解像度
最終ドリフト補正画像の質は、1つの結合部位の点広がり関数(PSF)を特徴付けることによって評価することができる。数千を超える単一ドッキング部位の画像の統計オーバーレイを、PSF分布の基準として作成することができる。2−Dガウスフィッティングを統計オーバーレイに対して行って、PSFの標準偏差(σ)を決定し、これにより、上記と同様の式:画像の対応可能な解像度=σ×2.35によって得られる、形成された画像の最良の対応可能な解像度が決まる。補助DNAナノ構造を利用して単一の分離されたドッキング部位の分離及びオーバーレイを行うことができる。この構造は、十分に分離されたドッキング部位の既知のパターン(例えば、格子パターン)を有し、以下により詳細に説明される、鋳型ベースのドリフト補正段階に使用される構造と同じ構造とすることができる。レーザー強度のばらつき、光学面の蒸着のむら、及び他の系統的因子、並びにイメージングプロセスの起こり得る確率的性質により、上で決定された全画像の画質は、イメージング視野における各単一サンプル物体の実際のイメージングの質を反映することができない。典型的には、イメージング視野の中心に近く、かつ光学面に良好に固定された構造は、良好に照明され、周辺にある十分には固定されていない構造よりも優れた解像度を示す。単一分子の画質及び解像度は、上記の手順と同様の手順で決定することができる。補助DNAナノ構造(上記と同じ)の単一分子の投影は、ドッキング部位を最良に分離する方向に沿って(格子構造の場合は、これは任意の格子方向に沿って)行うことができ、多重ガウスフィットを、投影された1−D分布に対して行うことができる。次いで、フィッティングされたガウスピークの標準偏差を決定し、これを同様に使用して単一分子画像の解像度を推論することができる。
Drift correction quality and possible resolution The quality of the final drift correction image can be assessed by characterizing the point spread function (PSF) of one binding site. Statistical overlays of over a thousand docked site images can be created as the basis for the PSF distribution. 2-D Gaussian fitting is performed on the statistical overlay to determine the standard deviation (σ) of the PSF, resulting in the same formula as above: the image's corresponding resolution = σ x 2.35, The best possible resolution of the formed image is determined. Auxiliary DNA nanostructures can be used to separate and overlay single isolated docking sites. This structure has a well-separated known pattern of docking sites (eg, a lattice pattern) and should be the same structure used in the template-based drift correction step, described in more detail below. Can do. Due to variations in laser intensity, optical surface deposition unevenness, and other systematic factors, and the probabilistic nature of the imaging process, the image quality of the entire image determined above will depend on the actuality of each single sample object in the imaging field. Cannot reflect the quality of imaging. Typically, structures that are close to the center of the imaging field and that are well fixed to the optical surface are well illuminated and exhibit better resolution than surrounding, poorly fixed structures. The image quality and resolution of a single molecule can be determined by the same procedure as described above. A single molecule projection of the auxiliary DNA nanostructure (same as above) can be performed along the direction that best separates the docking sites (in the case of a lattice structure, this is along any lattice direction) Multiple Gaussian fits can be performed on the projected 1-D distribution. The standard deviation of the fitted Gaussian peak can then be determined and used similarly to infer the resolution of the single molecule image.

ドリフトの評価及びドリフト補正段階の選択
一部の実施形態では、以下にさらに詳細に説明される、ドリフト補正を行うための技術を含む5つの段階を順次行って、未処理画像のドリフトを減少させ、それぞれの連続した段階がドリフトをさらに減少させ、次の段階の動作の成功に十分なほど低くなる。捕捉した画像におけるドリフトの程度によっては、5つの段階の全てを使用しなくても良い。例えば、元の画像のドリフトが低いと決定された場合は、各フレームにおける局在化が分離可能であり得、処理を、第1の段階による処理を必要とすることなく、第2の段階から開始することができる。元の画像のドリフトがさらに低いと決定された場合は、処理を、最終画像の質を著しく低下させることなく、第3の段階から開始することができる。とりわけ、熱変動及び熱膨張、電気モーターの作動による顕微鏡ステージの動き、建物からの振動、及び光学台の複雑さを含み得るドリフトの複雑な起源により、元の画像におけるドリフトの制御は、困難な傾向にあり、最初の2つの段階を含むことは、しばしば、所望の解像度の最終画像を形成するのに有用である。例えば、本明細書に記載の5つ全ての段階を含むことは、専用のハードウェア又は建物の要件を必要とすることなく、殆どの生物研究所で撮影される画像に適用可能であるドリフト補正の強力な戦略となる。
Drift Evaluation and Drift Correction Stage Selection In some embodiments, five stages, including techniques for performing drift correction, described in more detail below, are performed sequentially to reduce raw image drift. Each successive stage further reduces the drift and is low enough for the success of the next stage of operation. Depending on the degree of drift in the captured image, all five stages may not be used. For example, if it is determined that the drift of the original image is low, the localization in each frame may be separable, and processing can be performed from the second stage without requiring processing by the first stage. Can start. If it is determined that the drift of the original image is even lower, the process can be started from the third stage without significantly reducing the quality of the final image. Controlling drift in the original image is difficult due to the complex origin of drift, which can include thermal fluctuations and expansions, movement of the microscope stage by actuation of an electric motor, vibrations from the building, and complexity of the optical bench, among others. Including and including the first two stages is often useful to form a final image of the desired resolution. For example, including all five stages described herein can be applied to images taken in most biological laboratories without the need for dedicated hardware or building requirements. It will be a powerful strategy.

一部の実施形態では、元の未処理画像のドリフトの程度及び画像全体の質を任意の適切な技術を用いて決定することができ、決定された画質を使用して、ドリフト補正の実施に使用するためにドリフト補正の段階を選択することができる。例えば、画質を決定するための技術は、同じ画像の異なる時間セグメントを比較することができる。この例示的な技術では、元の画像を、ムービーの第1の半分から局在化と第2の半分からの局在化とを別々にプールすることによって2等分することができる。2つの画像間の相互関連を計算して、最良のオフセットを推定して、全体のドリフトの兆候を提供することができる。全体のドリフトの兆候を1つ以上の閾値と比較して、1つ以上のドリフト補正段階を、本明細書に記載の技術に従ってドリフト補正を行う際に省略することができるか否かを決定することができる。   In some embodiments, the degree of drift of the original raw image and the quality of the entire image can be determined using any suitable technique, and the determined image quality can be used to perform the drift correction. The stage of drift correction can be selected for use. For example, a technique for determining image quality can compare different time segments of the same image. In this exemplary technique, the original image can be bisected by separately pooling the localization from the first half of the movie and the localization from the second half. The correlation between the two images can be calculated to estimate the best offset and provide an indication of overall drift. Comparing the overall drift indication with one or more thresholds to determine if one or more drift correction steps can be omitted when performing drift correction according to the techniques described herein. be able to.

図13は、一部の実施形態に従ってドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。動作210で、ドリフト補正が、ムービーの隣接するフレームに亘る局在化の差異を考慮することによって行われる。次いで、プロセスは動作220に進み、単一ドリフトマーカーが選択され、ムービー中の時間に対するドリフトマーカーの動きを表現する時間トレースが決定され、かつこの単一ドリフトマーカーの時間トレースが使用されて、画像のドリフト補正が行われる。次いで、プロセスは動作230に進み、画像で識別された複数のドリフトマーカーのそれぞれに対して時間トレースが決定される。以下により詳細に説明されるように、時間トレース間の差異を使用して、最終画像のさらなるドリフト補正を行うことができる。次いで、プロセスは動作240に進み、幾何学的に拘束された鋳型を用いたドリフト補正が行われる。次いで、プロセスは動作250に進み、以下により詳細に説明されるように、適切な平滑化技術を用いてドリフトトレースを平滑化することによって画像がさらにドリフト補正される。本明細書に記載の技術に従ってドリフト補正を行うための5つの段階のそれぞれが、以下にさらに詳細に説明される。前述の説明から分かるように、全ての実施形態が、ドリフト補正処理に5つ全ての段階の使用を必要とするものではない。例えば、一部の実施形態では、動作230及び240のみを行うことができる。他の実施形態では、動作230、240、及び250を行うことができる。なお他の実施形態では、動作210を含まずに、動作220、230、240、及び250を行うことができる。   FIG. 13 illustrates a process for performing drift correction according to some embodiments. At act 210, drift correction is performed by considering localization differences across adjacent frames of the movie. The process then proceeds to operation 220 where a single drift marker is selected, a time trace representing the movement of the drift marker with respect to time in the movie is determined, and the time trace of this single drift marker is used to image Drift correction is performed. The process then proceeds to operation 230 where a time trace is determined for each of the plurality of drift markers identified in the image. As described in more detail below, differences between time traces can be used to provide further drift correction of the final image. The process then proceeds to operation 240 where drift correction is performed using a geometrically constrained mold. The process then proceeds to operation 250 where the image is further drift corrected by smoothing the drift trace using an appropriate smoothing technique, as described in more detail below. Each of the five stages for performing drift correction in accordance with the techniques described herein is described in further detail below. As can be seen from the foregoing description, not all embodiments require the use of all five stages in the drift correction process. For example, in some embodiments, only operations 230 and 240 can be performed. In other embodiments, operations 230, 240, and 250 can be performed. In still other embodiments, operations 220, 230, 240, and 250 can be performed without including operation 210.

ドリフト補正の第1の段階
ドリフト補正の第1の段階(例えば、図13の動作210)は、ムービーにおける隣接するフレームからの局在化を比較することによって行われる。上記のDNFLの計算と同様の手順(又はその他の適切な技術)を使用して、同じ一時的な事象(例えば、1つの結合事象)から生じる局在化の対を識別することができる。同じ一時的な事象から生じる全ての局在化の対をプールして二峰性分布を作成することができる。隣接する画像からの局在化の二峰性分布の作成後に、カットオフ値を自動的に決定して、同じ事象からの局在化の対(近い局在化)を異なる局在化から分離することができる。次に、同じ隣接するフレーム(NF)対の全ての近い局在化の対がプールされ、各対間のオフセット値が計算される。全てのオフセットのベクトル平均が、ドリフト補正として出力される。適切な近い局在化が存在しないNF対が特定された場合、0ドリフトを出力することができる。ドリフト補正の第1の段階は、典型的には、高振幅(オフセットが1μmよりも離れている)を有する全体的なドリフトを補正し、これにより、異なるドリフトマーカー間の干渉が効果的に取り除かれ、次の段階を含めることが可能となる。上記のように、異なるドリフトマーカーが既に互いに分離可能であり得る一部の実施形態では、処理の第1の段階を省略することができる。処理の第1の段階を省略できるか否かの決定は、上記のように画質因子分析を用いて、又はその他の適切な技術(例えば、手動検査)で行うことができる。
First Stage of Drift Correction The first stage of drift correction (eg, operation 210 in FIG. 13) is performed by comparing localization from adjacent frames in the movie. A procedure similar to the above DNFL calculation (or other suitable technique) can be used to identify localization pairs resulting from the same transient event (eg, one binding event). All localization pairs resulting from the same transient event can be pooled to create a bimodal distribution. After creating a bimodal distribution of localizations from adjacent images, a cut-off value is automatically determined to separate localization pairs (near localization) from the same event from different localizations can do. Next, all close localization pairs of the same adjacent frame (NF) pair are pooled and the offset value between each pair is calculated. The vector average of all offsets is output as drift correction. A zero drift can be output if an NF pair is identified for which there is no suitable close localization. The first stage of drift correction typically corrects for the overall drift with high amplitude (offset is more than 1 μm), thereby effectively removing interference between different drift markers. This can include the following steps: As mentioned above, in some embodiments where different drift markers may already be separable from each other, the first stage of processing can be omitted. The determination of whether the first stage of processing can be omitted can be done using image quality factor analysis as described above, or other suitable techniques (eg, manual inspection).

ドリフト補正の第2の段階
ドリフト補正の第2の段階(例えば、図13の動作220)は、単一ドリフトマーカー又はサンプル物体で行われる。この段階のドリフト補正処理に使用される単一ドリフトマーカーは、任意の適切な方法で選択することができる。例えば、一部の実施形態では、単一ドリフトマーカーは、特定された全てのドリフトマーカーのセットからランダムに選択することができる。他の実施形態では、望ましい質(例えば、全ムービーに対するドリフトの平均量)に関連した特定のドリフトマーカーを、この段階で使用される単一ドリフトマーカーとして選択することができる。単一ドリフトマーカーの選択後に、その時間トレースが自動的に決定され、平滑化され、ドリフト補正として出力される。あるいは、ドリフトトレースは、ドリフトマーカー間の分離を自動的に識別するのが困難な場合は、手動で引くことができる。
Second Stage of Drift Correction The second stage of drift correction (eg, operation 220 of FIG. 13) is performed on a single drift marker or sample object. The single drift marker used for the drift correction process at this stage can be selected in any suitable manner. For example, in some embodiments, a single drift marker can be randomly selected from a set of all identified drift markers. In other embodiments, the particular drift marker associated with the desired quality (eg, the average amount of drift over the entire movie) can be selected as the single drift marker used at this stage. After selection of a single drift marker, its time trace is automatically determined, smoothed and output as a drift correction. Alternatively, the drift trace can be manually drawn if it is difficult to automatically identify the separation between drift markers.

ドリフト補正の第2の段階は、ムービーの全体的なドリフトをさらに減少させ(典型的には、<200nm)、以降の段階におけるドリフトマーカーの自動的なバッチ識別が可能となる。   The second stage of drift correction further reduces the overall drift of the movie (typically <200 nm), allowing automatic batch identification of drift markers in subsequent stages.

ドリフト補正の第3の段階
ドリフト補正の第3の段階(例えば、図2の段階230)は、複数のドリフトマーカーの時間トレースを組み合わせて、ドリフト補正の第2の段階よりも細かい解像度でドリフト補正を計算する。各ドリフトマーカーは、高い一時的な適用範囲を可能にするために多数のドッキング部位を有し;多数のこれらのドリフトマーカーが、サンプルと共にイメージング表面に配置される。この段階の実施におけるドリフト補正の改善が、画像における各ドリフトマーカーの広がり及び1フレーム当たりのドリフトマーカーの有効数によって主に決まるため、各ドリフトマーカーの結合部位の数及び表面におけるドリフトマーカーの濃度を適切に選択して、高品質のドリフト補正を保障することができる。
Third Stage of Drift Correction A third stage of drift correction (eg, stage 230 in FIG. 2) combines time traces of a plurality of drift markers to provide drift correction at a finer resolution than the second stage of drift correction. Calculate Each drift marker has a number of docking sites to allow high temporary coverage; a number of these drift markers are placed on the imaging surface with the sample. Since the improvement in drift correction in the implementation of this stage is mainly determined by the spread of each drift marker in the image and the effective number of drift markers per frame, the number of binding sites for each drift marker and the concentration of drift markers on the surface can be reduced. Proper selection can ensure high quality drift correction.

図14は、図2の段階230に一致するドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。動作310では、複数のドリフトマーカーの位置が特定される。複数のドリフトマーカーの位置の特定は、2次元(2D)ヒストグラムを計算するためにムービーの全てのフレームからの局在化をプールすることを含み得る。次いで、ドリフトマーカーの位置を、ヒストグラムのビニングサイズの適切な調整及び他の選択基準の組み合わせによって特定することができる。例えば、ヒストグラムのビニングサイズは、ドリフトマーカーのフィーチャーサイズ、例えば、第4又は第3のそれらの全サイズを反映するように調整することができる。選択基準の範囲は、限定されるものではないが、ヒストグラム値の下限閾値及び幾何学的特性(例えば、領域、寸法)に基づいたフィルタリングを含む。近接ドリフトマーカー間の十分な分離は、例えば、二重結合事象の疑似局在化から生じる偽局在化を排除するためにしばしば必要である。(例えば、数千の)ドリフトマーカーのプールの特定の後、プロセスは動作320に進み、そこで、各ドリフトマーカーの時間トレースが決定され、組み合わせトレースの中心からの各時間トレースのオフセットとして決定される相対時間トレースが計算される。画像が、一時的な事象(例えば、核酸−結合事象)を捉えるため、ドリフトマーカーの全ての時間トレースが、ムービーの全ての時点をカバーできるものではない。このような場合、時間トレースは、より細かくて平滑な結果を得るために「欠落点」で線形内挿することができる。   FIG. 14 illustrates a process for performing drift correction consistent with stage 230 of FIG. In act 310, the position of the plurality of drift markers is identified. The location of the plurality of drift markers may include pooling localizations from all frames of the movie to calculate a two-dimensional (2D) histogram. The location of the drift marker can then be identified by a combination of appropriate adjustment of the binning size of the histogram and other selection criteria. For example, the binning size of the histogram can be adjusted to reflect the drift marker feature size, eg, their total size of the fourth or third. The range of selection criteria includes, but is not limited to, filtering based on a lower threshold of histogram values and geometric characteristics (eg, region, size). Sufficient separation between adjacent drift markers is often necessary, for example, to eliminate pseudolocalization resulting from pseudolocalization of double bond events. After identifying a pool of drift markers (eg, thousands), the process proceeds to operation 320 where the time trace of each drift marker is determined and determined as the offset of each time trace from the center of the combined trace. A relative time trace is calculated. Because the image captures transient events (eg, nucleic acid-binding events), not all time traces of drift markers can cover all points in the movie. In such cases, the time trace can be linearly interpolated with “missing points” to obtain a finer and smoother result.

複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースの決定後に、プロセスは動作330に進み、そこで、画像のドリフト補正が、各ドリフトマーカーに対して決定された時間トレースに基づいて決定される。時間トレースの任意の適切な組み合わせを用いてドリフト補正を決定することができ、実施形態は、これに関して限定されるものではない。一部の実施形態では、この段階からのドリフト補正出力を決定するために、時間トレースの重み付き平均が使用される。例えば、相対時間トレースのプールの重み付き平均は、ドリフト補正の結果として計算することができ、この補正は、ドリフトマーカートレースの質によって重み付きされる。ドリフトマーカートレースの質は、限定されるものではないが、ドリフトマーカーの質又は個々の局在化の質を評価することによって質を決定することを含め、任意の適切な方法で決定することができる。一部の実施形態では、各ドリフトマーカートレースの質は、時系列のトレースの標準偏差(σ)をとることによって計算される。各トレースのこの値の逆数(例えば、1/σ)を重み因子として使用することができる。あるいは、時間トレース内の個々の局在化の質は、Thomson, 2002の式によって与えられる局在化不確実性として計算することができる。この計算の標準偏差の逆数を、各時間トレースの重み因子として使用することができる。ドリフト補正の決定後に、プロセスは動作340に進み、そこで、この決定されたドリフト補正を用いて画像が補正される。   After determining the time trace of each of the plurality of drift markers, the process proceeds to operation 330 where the image drift correction is determined based on the time trace determined for each drift marker. Any suitable combination of time traces can be used to determine drift correction, and embodiments are not limited in this regard. In some embodiments, a weighted average of the time trace is used to determine the drift correction output from this stage. For example, a weighted average of a pool of relative time traces can be calculated as a result of drift correction, which is weighted by the quality of the drift marker trace. The quality of the drift marker trace can be determined in any suitable manner, including but not limited to, determining the quality by evaluating the quality of the drift marker or the quality of individual localization. it can. In some embodiments, the quality of each drift marker trace is calculated by taking the standard deviation (σ) of the time series trace. The inverse of this value for each trace (eg, 1 / σ) can be used as a weighting factor. Alternatively, the quality of individual localization in the time trace can be calculated as the localization uncertainty given by the Thomson, 2002 equation. The reciprocal of the standard deviation of this calculation can be used as a weight factor for each time trace. After determining the drift correction, the process proceeds to operation 340 where the image is corrected using the determined drift correction.

ドリフト補正のこの段階は、任意の回数行うことができる。一部の実施形態では、このドリフト補正の段階は、各反復に使用される異なるパラメータで繰り返し行われる。ドリフト補正が進むにつれて、残りのドリフト振幅が次第に減少し、ドリフトマーカーの空間的な広がりが次第に小さくなり、ドリフトマーカーの選択をより厳密に行うことができる。この結果、最初の反復では、閾値ヒストグラムカウントをより低い値に設定することができ、この値を、後の反復中により高い値に調整することができる。加えて、一部の実施形態では、ドリフトマーカーの有効面積及び寸法は、最初の反復でより大きい値に設定することができ、次の反復中により小さい値に調整される。なおさらに、一部の実施形態では、ドリフトマーカー間の分離は、次の反復で大きい値から小さい値に変更され得る。一部の実施形態では、(手動又は自動的に行われる)対話型の質のチェックを、さらなる作業の決定を容易にするために反復間で決定することができる。   This stage of drift correction can be performed any number of times. In some embodiments, this stage of drift correction is iteratively performed with different parameters used for each iteration. As drift correction progresses, the remaining drift amplitude gradually decreases, the spatial extent of the drift marker gradually decreases, and the drift marker can be selected more precisely. As a result, in the first iteration, the threshold histogram count can be set to a lower value, and this value can be adjusted to a higher value during later iterations. In addition, in some embodiments, the effective area and dimensions of the drift marker can be set to a larger value in the first iteration and adjusted to a smaller value during the next iteration. Still further, in some embodiments, the separation between drift markers can be changed from a large value to a small value in the next iteration. In some embodiments, an interactive quality check (done manually or automatically) can be determined between iterations to facilitate further work decisions.

イメージングの質によっては、このドリフト補正の段階は、典型的には、得られる画像の解像度を、最良の許容解像度の2倍以内にする(即ち、個々の局在化の精度が、約5nmの解像度を可能にし、これにより、この段階で、通常は約10nmの解像度が得られる)。典型的には、良好なイメージングの条件では、この段階での処理の後に、解像度<10nmを得ることができる。   Depending on the quality of the imaging, this stage of drift correction typically brings the resolution of the resulting image within twice the best acceptable resolution (ie, the accuracy of the individual localization is about 5 nm). Resolution, which in this stage usually gives a resolution of about 10 nm). Typically, under good imaging conditions, a resolution <10 nm can be obtained after processing at this stage.

ドリフト補正の第4の段階
ドリフト補正の第4の段階(例えば、図13の動作240)は、ドリフトマーカー「鋳型」を使用し、従って、この段階は「鋳型ドリフト補正」と呼ばれる。1つ以上のドリフトマーカー鋳型(例えば、ドッキング部位が既知の十分に分離された幾何学的配置にあるDNAナノ構造)が、段階3に関連して上記説明されたように、「通常の」ドリフトマーカーと共にイメージング表面に配置される。これらのドッキング部位間の分離は、好ましくは、異なるドッキング部位からの局在化間の容易な分離が可能となるように、前の段階(例えば、段階3)から得られる解像度の2倍よりも小さくなることがないように選択される。これらの鋳型におけるドッキング部位の数、及び表面におけるドッキング部位の濃度は、好ましくは、第3の段階で説明された補正と同様に、有効な鋳型補正が達成されるように選択される。
Fourth Stage of Drift Correction The fourth stage of drift correction (eg, operation 240 of FIG. 13) uses a drift marker “template” and is therefore referred to as “template drift correction”. One or more drift marker templates (eg, DNA nanostructures with docking sites in a known and well-isolated geometry) can be used as described in connection with step 3 as “normal” drift Located on the imaging surface along with the marker. The separation between these docking sites is preferably more than twice the resolution obtained from the previous step (eg, step 3) so that easy separation between localizations from different docking sites is possible. It is selected so as not to become smaller. The number of docking sites in these templates and the concentration of docking sites on the surface are preferably selected such that an effective template correction is achieved, similar to the correction described in the third stage.

図15は、図2の段階240に対応するドリフト補正を行うためのプロセスを例示している。動作410では、複数のドリフト補正鋳型が、ムービーの全てのフレームに亘ってプールされた局在化の2−Dヒストグラムから特定される。ドリフト鋳型を第3の段階で使用されるドリフトマーカーと区別するために、上記の選択基準の範囲に加えて、ヒストグラムカウントの別の上限閾値を含めることができる。ドリフト鋳型が特定されたら、プロセスは動作420に進み、そこで、各ドリフト鋳型の時間トレースが決定される。ドッキング部位は、鋳型で十分に分離されるように設計されているため、個々のドッキング部位からのいくつかの非重複時間トレースを、全ドリフト鋳型の各時間トレースから分離することができる。この特定及び分離ステップは、画像全体からのドリフトマーカーの特定と同様の方式で行うことができる。例えば、各ドリフト鋳型の個々の時間トレースの標準偏差に対する局所ヒストグラム閾値化とフィルタリングの組み合わせを使用することができる。   FIG. 15 illustrates a process for performing drift correction corresponding to stage 240 of FIG. In operation 410, a plurality of drift correction templates are identified from localized 2-D histograms pooled across all frames of the movie. In order to distinguish the drift template from the drift markers used in the third stage, in addition to the range of selection criteria described above, another upper threshold for the histogram count can be included. Once the drift template has been identified, the process proceeds to operation 420 where a time trace for each drift template is determined. Because the docking sites are designed to be well separated by the template, several non-overlapping time traces from individual docking sites can be separated from each time trace of the total drift template. This identification and separation step can be performed in a manner similar to the identification of drift markers from the entire image. For example, a combination of local histogram thresholding and filtering on the standard deviation of the individual time traces of each drift template can be used.

各ドリフト鋳型の時間トレースが決定された後に、プロセスは動作430に進み、そこで、時間トレースの組み合わせが、このドリフト補正の段階を決定するために使用される。一部の実施形態では、これは、各時間トレースの相対時間トレースを計算することによって達成され、この相対時間トレースが、ドリフト補正を決定するために少なくとも部分的に使用される。相対時間トレースは、ドリフト補正を決定するために任意の適切な方法で使用することができる。例えば、一部の実施形態では、個々のドッキング部位の全ての時間トレースの重み付き平均を平均して最終ドリフト補正を得ることができる。重み因子は、任意の適切な方法で決定することができる。例えば、重み因子は、個々の部位の質、又は時間トレースにおける個々の局在化の質に基づき得る。ドリフト補正の決定の後に、プロセスは動作440に進み、そこで、決定されたドリフト補正を用いて画像が補正される。   After the time trace of each drift template is determined, the process proceeds to operation 430 where the combination of time traces is used to determine the stage of this drift correction. In some embodiments, this is accomplished by calculating a relative time trace for each time trace, which is used at least in part to determine drift correction. The relative time trace can be used in any suitable manner to determine drift correction. For example, in some embodiments, a weighted average of all time traces of an individual docking site can be averaged to obtain a final drift correction. The weight factor can be determined in any suitable manner. For example, the weighting factor may be based on the quality of individual sites or the quality of individual localization in the time trace. After determining the drift correction, the process proceeds to operation 440 where the image is corrected using the determined drift correction.

イメージングの質によっては、このドリフト補正の段階により、最終画像の解像度が、可能な最高の解像度に近づき得る。即ち、個々の局在化の精度が、約5nmの解像度を可能にする場合は、本明細書に記載の技術に従った鋳型ドリフト補正の実施により、約6nmに近い解像度を達成することができる。一部の実施形態では、第3の段階の後に<10nmの解像度が達成される場合、格子面間隔が20nmの4×3の格子に配置された12のドッキング部位を有するDNAナノ構造をドリフト補正鋳型として使用することができる。このセクションに記載された技術を用いる鋳型ベースのドリフト補正は、この段階の後に6〜7nmの解像度を達成することができる。   Depending on the quality of the imaging, this stage of drift correction can bring the resolution of the final image closer to the highest possible resolution. That is, if the accuracy of the individual localization allows a resolution of about 5 nm, a resolution close to about 6 nm can be achieved by performing a template drift correction according to the techniques described herein. . In some embodiments, drift correction of DNA nanostructures with 12 docking sites arranged in a 4 × 3 lattice with a lattice spacing of 20 nm is achieved if a resolution of <10 nm is achieved after the third stage Can be used as a mold. Template-based drift correction using the techniques described in this section can achieve 6-7 nm resolution after this stage.

ドリフト補正の第5の段階
ドリフト補正の第5の段階(例えば、図13の動作250)は、ドリフト補正トレースの平滑化を行い、平滑化されたドリフト補正トレースを、ドリフト補正を行うために使用することができる。例えば、上記の第2、第3、及び第4の段階の1つ以上のドリフト補正を決定した後に、得られたドリフト補正を任意の適切な技術を用いて平滑化して、最終のドリフト補正の結果を得ることができる。平滑化は、隣接するフレームの局在化を考慮することによって、各フレームにおけるドリフトマーカー又はドリフト鋳型の数を効果的に増加させることができる。平滑化は、任意の適切なウィンドウ期間を用いて任意の適切な方式で行うことができる。例えば、一部の実施形態では、平滑化は、特徴的なドリフト時間スケールによって決定されるウィンドウ期間に対して行われるロバストな局所回帰法で行われる。平滑化ウィンドウ期間の非限定の例は、10〜30秒であり得る。
Fifth Stage of Drift Correction The fifth stage of drift correction (eg, operation 250 of FIG. 13) smooths the drift correction trace and uses the smoothed drift correction trace to perform drift correction. can do. For example, after determining one or more drift corrections for the second, third, and fourth stages above, the resulting drift correction can be smoothed using any suitable technique to produce a final drift correction The result can be obtained. Smoothing can effectively increase the number of drift markers or drift templates in each frame by taking into account the localization of adjacent frames. Smoothing can be performed in any suitable manner using any suitable window period. For example, in some embodiments, the smoothing is performed with a robust local regression method that is performed over a window period determined by a characteristic drift time scale. A non-limiting example of the smoothing window period can be 10-30 seconds.

3Dイメージングへの拡張
上記の全ての段階は、3D画像(例えば、超解像度画像)を補正するためにも直接適用することができる。3D超解像イメージングでは、例えば、非点収差レンズをイメージングの経路に導入することができ、得られるガウス放射プロフィールの楕円率を使用して、分子のz位置を決定することができる。上記の折り紙ドリフトマーカー構造(例えば、幾何学的に拘束された鋳型)を、ドリフト補正の段階を行うために1対1方式で使用することができる。鋳型ベースのドリフト補正段階の場合、画定された3D形状(例えば、四面体)を有するDNA折り紙構造を使用することができる。
Extension to 3D imaging All the above steps can also be applied directly to correct 3D images (eg super resolution images). In 3D super-resolution imaging, for example, an astigmatism lens can be introduced into the imaging path, and the ellipticity of the resulting Gaussian radiation profile can be used to determine the z-position of the molecule. The origami drift marker structure described above (eg, geometrically constrained mold) can be used in a one-to-one manner to perform the drift correction step. For the template-based drift correction phase, a DNA origami structure having a defined 3D shape (eg, tetrahedron) can be used.

図16は、3Dドリフト補正の鋳型として使用される3D四面体を例示している。4つの角が、ドッキング部位で標識されている。図16Aは、4つの角が明確に解像されていることを示している。図16Bは、高さが約85nmの構造のX−Z投影を例示している。   FIG. 16 illustrates a 3D tetrahedron used as a 3D drift correction template. Four corners are labeled with docking sites. FIG. 16A shows that the four corners are clearly resolved. FIG. 16B illustrates an XZ projection of a structure with a height of about 85 nm.

多色イメージングへの拡張
複数の時系列画像におけるドリフトの補正のための上記の技術は、画像における単色を用いて特定される一時的な事象のイメージングに関連して説明されている。しかしながら、これらの技術は、異なる一時的な事象(例えば、異なる核酸ドリフトマーカーのドッキング部位との結合)が、同じ画像で識別することができる異なる色で標識される多色イメージングに拡張することができることを理解されたい。多色イメージングが使用される場合、鋳型ベースのドリフト補正のための上記の幾何学的鋳型は、異なる色に一致する異なる一時的な事象についての特定の既知のジオメトリを説明する情報を含み得る。例えば、3×4の格子における単一ドッキング部位で生じる単一結合事象だけではなく、同じ幾何学的鋳型の異なる色を用いて色分けされた複数の結合事象を表現することができ、複数の結合事象からの情報を用いてドリフト補正を行うことができる。本明細書に記載の技術を多色イメージングに拡張するための他のプロセスも考えられ、実施形態は、これに関連して限定されるものではない。
Extension to Multicolor Imaging The above technique for drift correction in multiple time-series images has been described in connection with imaging transient events identified using a single color in the image. However, these techniques can be extended to multicolor imaging where different transient events (eg, binding to docking sites of different nucleic acid drift markers) are labeled with different colors that can be distinguished in the same image. Please understand that you can. When multicolor imaging is used, the above geometric template for template-based drift correction may include information describing specific known geometries for different temporal events that match different colors. For example, not only single binding events that occur at a single docking site in a 3 × 4 grid, but also multiple binding events that are colored using different colors of the same geometric template can be represented Drift correction can be performed using information from the event. Other processes for extending the techniques described herein to multicolor imaging are also contemplated and embodiments are not limited in this regard.

例示的なコンピュータシステム
本明細書に記載の本開示の任意の実施形態に関連して使用することができるコンピュータシステム600の例示的な一実施が図17に示されている。コンピュータシステム600は、1つ以上のプロセッサ610及び1つ以上の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体(例えば、メモリ620及び1つ以上の不揮発性記憶媒体630)を備えることができる。本明細書に記載の本開示の態様がこれに関連して限定されるものではないため、プロセッサ610は、メモリ620及び不揮発性記憶媒体630へのデータの書き込み及びこれらのメモリ620及び不揮発性記憶媒体630からのデータの読み取りを任意の適切な方式で制御することができる。本明細書に記載の任意の機能を果たすために、プロセッサ610は、1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体(例えば、メモリ620)に保存された1つ以上の命令を実行することができ、この1つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、このプロセッサ610によって実行される命令を保存する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体として機能し得る。
Exemplary Computer System An exemplary implementation of a computer system 600 that can be used in connection with any embodiment of the present disclosure described herein is shown in FIG. The computer system 600 may comprise one or more processors 610 and one or more non-transitory computer readable storage media (eg, memory 620 and one or more non-volatile storage media 630). Since the aspects of the disclosure described herein are not limited in this regard, the processor 610 may write data to the memory 620 and the non-volatile storage medium 630 and the memory 620 and non-volatile storage. Reading data from the medium 630 can be controlled in any suitable manner. To perform any of the functions described herein, processor 610 can execute one or more instructions stored in one or more computer-readable storage media (eg, memory 620). One or more computer readable storage media may function as a non-transitory computer readable storage medium storing instructions executed by the processor 610.

本開示の上記の実施形態は、様々な方法のいずれかで実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、1つのコンピュータに提供されるか、又は複数のコンピュータ間に分配されるにかかわらず、ソフトウェアコードを、任意の適切なプロセッサ又は一群のプロセッサで実行することができる。上記の機能を果たす任意の構成要素又は一群の構成要素は、一般的に、上述の機能を制御する1つ以上の制御装置として見なすことができることを理解されたい。1つ以上の制御装置は、様々な方法、例えば、専用のハードウェアを用いて、又は上で言及された機能を果たすためにマイクロコード若しくはソフトウェアを用いてプログラムされた汎用ハードウェア(例えば、1つ以上のプロセッサ)を用いて実施することができる。   The above embodiments of the present disclosure can be implemented in any of a variety of ways. For example, the embodiments can be implemented using hardware, software, or a combination thereof. When implemented in software, the software code can be executed on any suitable processor or group of processors, whether provided on one computer or distributed among multiple computers. It should be understood that any component or group of components that perform the above functions can generally be viewed as one or more controllers that control the above functions. The one or more controllers may be general purpose hardware (e.g., 1 or more) programmed in various ways, e.g., using dedicated hardware or using microcode or software to perform the functions mentioned above. Two or more processors).

これに関連して、本開示の実施形態の一実施は、プロセッサで実行されると本開示の実施形態の上述の機能を果たす、コンピュータプログラム(即ち、複数の命令)で符号化された少なくとも1つの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体(例えば、コンピュータメモリ、フロッピーディスク、コンパクトディスク、テープなど)を含むことを理解されたい。このコンピュータ可読記憶媒体は、この記憶媒体に保存されたプログラムを任意のコンピュータ資源にロードして、本明細書に記載の本開示の態様を実施することができるように転送可能であり得る。加えて、実行されると上述の機能を果たすコンピュータプログラムについての言及は、ホストコンピュータで動作するアプリケーションプログラムに限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、コンピュータプログラムという語は、プロセッサをプログラムして本開示の上述の態様を実施するために利用することができる任意のタイプのコンピュータコード(例えば、ソフトウェア又はマイクロコード)を指すために本明細書で一般的に使用される。   In this regard, one implementation of the disclosed embodiment is at least one encoded with a computer program (ie, a plurality of instructions) that, when executed on a processor, performs the above-described functions of the disclosed embodiment. It should be understood to include two non-transitory computer readable storage media (eg, computer memory, floppy disk, compact disk, tape, etc.). The computer readable storage medium may be transferable so that programs stored on the storage medium can be loaded into any computer resource to implement the aspects of the present disclosure described herein. In addition, it should be understood that references to computer programs that perform the above-described functions when executed are not limited to application programs running on a host computer. Rather, the term computer program is used herein to refer to any type of computer code (eg, software or microcode) that can be utilized to program a processor to implement the above-described aspects of the disclosure. Generally used in.

均等物
いくつかの発明の実施形態は、本明細書に記載及び例示されるが、当業者であれば、機能を果たすため及び/又は本明細書に記載の1つ以上の利点及び/又は結果を得るために様々な他の手段及び/又は構造に容易に想到し、このような変形形態及び/又は変更形態のそれぞれは、本明細書に記載の発明の実施形態の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は、例示することが目的であり、かつ実際のパラメータ、寸法、材料、及び/又は構成は、発明の技術が使用される特定の1つ又は複数の用途によって決まることを容易に理解されよう。当業者であれば、本明細書に記載の特定の発明の実施形態の多数の均等物を、一般的な実験のみを用いて理解する、又は特定することができるであろう。従って、前述の実施形態が単なる例として表され、かつ添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、発明の実施形態を、具体的に記載及び特許請求される以外の方法で実施できることを理解されたい。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載の個々の特徴、システム、製品、材料、キット、及び/又は方法に関する。加えて、このような特徴、システム、製品、材料、キット、及び/又は方法の2つ以上の任意の組合せは、このような特徴、システム、製品、材料、キット、及び/又は方法が相互に矛盾していない場合、本開示の発明の範囲内に含まれる。
Equivalents While some invention embodiments are described and illustrated herein, one of ordinary skill in the art will understand that one or more advantages and / or results described herein may serve to function and / or are described herein. Various other means and / or structures are readily conceivable to obtain, and each such variation and / or modification is considered within the scope of the embodiments of the invention described herein. It is. More generally, those skilled in the art will appreciate that all parameters, dimensions, materials, and configurations described herein are for purposes of illustration and are actual parameters, dimensions, materials, and / or It will be readily appreciated that the configuration depends on the particular application or applications in which the inventive technique is used. Those skilled in the art will recognize, or be able to identify, using only routine experimentation, many equivalents to the specific inventive embodiments described herein. Accordingly, the foregoing embodiments have been presented by way of example only and, within the scope of the appended claims and their equivalents, embodiments of the invention may be practiced otherwise than as specifically described and claimed. I want you to understand. Embodiments of the disclosed invention relate to individual features, systems, products, materials, kits, and / or methods described herein. In addition, any combination of two or more of such features, systems, products, materials, kits, and / or methods is such that such features, systems, products, materials, kits, and / or methods are mutually related. If there is no contradiction, it is included in the scope of the invention of this disclosure.

本明細書で定義されて使用される全ての定義は、辞書による定義、参照により本明細書に組み入れられる文献中の定義、及び/又は定義済みの語の通常の意味に優先することを理解されたい。   It is understood that all definitions defined and used herein take precedence over dictionary definitions, definitions in the literature incorporated herein by reference, and / or the ordinary meaning of a defined word. I want.

本明細書に開示される全ての参考文献、特許、及び特許出願は、それぞれが言及される主題に関する参照により本明細書に組み入れられ、場合によっては文献全体を包含し得る。   All references, patents, and patent applications disclosed herein are hereby incorporated by reference with respect to the subject matter each refers to, and may in some cases encompass the entire document.

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される不定冠詞「1つの(a)」及び「1つの(an)」は、明確にこれに反する意味が記載されていなければ、「少なくとも1つ」を意味することを理解されたい。   The indefinite articles “a” and “an” as used herein and in the appended claims mean “at least one” unless the contrary meaning is stated. Should be understood to mean.

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「及び/又は」という句は、等位接続された要素、即ち、ある場合には接続されて存在し、別の場合には離接されて存在する要素の「いずれか又は両方」を意味することを理解されたい。「及び/又は」を用いて列記される複数の要素は、同じ方式、即ち、「1つ以上の」結合された要素であると解釈されるべきである。具体的に特定された要素に関連する関連しないにかかわらず、「及び/又は」の節によって具体的に特定された他の要素が、任意選択で存在しても良い。従って、非限定の例として、「及び/又は」は、非限定の語、例えば、「含む(comprising)」に関連して使用される場合、一実施形態では、Aのみ(任意選択でB以外の要素を含む);別の実施形態では、Bのみ(任意選択でA以外の要素を含む);なお別の実施形態では、A及びBの両方(任意選択で他の要素を含む)などを意味し得る。   As used herein and in the appended claims, the phrase “and / or” is used to indicate connected elements, ie, connected in some cases and disconnected in other cases. It should be understood to mean “any or both” of the elements present. Multiple elements listed using “and / or” should be construed as being in the same manner, ie, “one or more” combined elements. Other elements specifically identified by the “and / or” section may optionally be present, whether or not related to the specifically identified element. Thus, as a non-limiting example, “and / or” when used in connection with a non-limiting word, eg, “comprising”, in one embodiment, only A (optionally other than B) In another embodiment, only B (optionally including elements other than A); in yet another embodiment, both A and B (optionally including other elements), etc. Can mean.

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「又は」は、上で定義された「及び/又は」と同じ意味を有することを理解されたい。例えば、項目が一覧の中で別々である場合、「又は」若しくは「及び/又は」は、包含的である、即ち、多数又は一覧の要素の少なくとも1つを含むが、2つ以上も含み、任意選択で一覧にない項目もさらに含むと解釈されるべきである。明確にこの逆を意味する「のみ」という語、例えば、「〜の1つのみ」又は「〜の正確に1つ」、又は請求項で使用される場合は「〜からなる」は、多数又は一覧の要素の正確に1つの要素を含むことを指す。一般に、本明細書で使用される「又は」という語は、限定的な語、例えば、「いずれか」、「〜の1つ」、「〜の1つのみ」、又は「〜の正確に1つ」が前にある場合は、限定的な代替(即ち、「一方又は他方であるが、両方ではない」)を意味するとのみ解釈されるものとする。「〜から実質的になる」は、請求項で使用される場合、特許法の分野で使用される通常の意味を有するものとする。   It should be understood that “or” as used herein and in the appended claims has the same meaning as “and / or” as defined above. For example, if an item is separate in a list, “or” or “and / or” is inclusive, ie includes at least one of a number or list elements, but also includes two or more, It should be construed to include additional items that are optionally not listed. The word “only” clearly means the opposite, eg, “only one of” or “exactly one of” or “consisting of” as used in the claims is Refers to containing exactly one element of a list element. In general, as used herein, the term “or” is a limiting word, such as “any”, “one of”, “only one of”, or “exactly one of”. Where “one” precedes, it is to be interpreted only to mean a limited alternative (ie, “one or the other but not both”). “Consisting essentially of”, when used in the claims, shall have its ordinary meaning as used in the field of patent law.

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される、1つ以上の要素の一覧に関する「少なくとも1つの」という句は、この要素の一覧のいずれか1つ以上の要素から選択される少なくとも1つの要素を意味するが、この要素の一覧の中に具体的に列記された1つ1つの要素の少なくとも1つを必ずしも含む必要はなく、かつこの要素の一覧の要素の任意の組合せを排除するものではないことを理解されたい。この定義はまた、「少なくとも1つの」という句が言及する要素の一覧の中の具体的に特定された要素以外の要素が、この具体的に特定された要素に関連するかしないかにかかわらず、任意選択で存在し得ることを許容する。従って、非限定の例として、「A及びBの少なくとも1つ」(又は同様に「A又はBの少なくとも1つ」、又は同様に「A及び/又はBの少なくとも1つ」)は、一実施形態では、Bを含まずに、任意選択で2つ以上のAを含む、少なくとも1つのA(及び任意選択でB以外の要素を含む);別の実施形態では、Aを含まずに、任意選択で2つ以上のBを含む、少なくとも1つのB(及び任意選択でA以外の要素を含む);なお別の実施形態では、任意選択で2つ以上のAを含む、少なくとも1つのA、及び任意選択で2つ以上のBを含む、少なくとも1つのB(及び任意選択で他の要素を含む)などを意味し得る。   As used herein and in the appended claims, the phrase “at least one” with respect to a list of one or more elements is at least one selected from any one or more elements of the list of elements. Means one element, but does not necessarily include at least one of the elements listed specifically in this list of elements, and excludes any combination of elements from this list of elements Please understand that it is not a thing. This definition also includes whether or not an element other than the specifically identified element in the list of elements to which the phrase “at least one” refers relates to this specifically identified element. , Which can optionally be present. Thus, as a non-limiting example, “at least one of A and B” (or also “at least one of A or B”, or similarly “at least one of A and / or B”) In embodiments, at least one A (and optionally including elements other than B), optionally including two or more A, without B; in another embodiment, optional, without A At least one B (and optionally including elements other than A), optionally including two or more B; in yet another embodiment, at least one A, optionally including two or more A; And optionally including two or more B, may mean at least one B (and optionally including other elements) and the like.

また、明確に反する記載がなければ、2つ以上のステップ又は動作を含む、本明細書で請求されるあらゆる方法では、方法のステップ又は動作の順序は、この方法のステップ又は動作が列挙される順序に必ずしも限定されるものではないことを理解されたい。   Also, unless stated otherwise to the contrary, in any method claimed herein that includes more than one step or action, the order of the steps or actions of a method is the order of steps or actions of this method. It should be understood that the order is not necessarily limited.

特許請求の範囲及び上記の説明では、全ての移行句、例えば、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(carrying)」、「有する(having)」、「含む(containing)」、「含む(involving)」、「保持する(holding)」、及び「〜構成される(composed of)」などは非限定である、即ち、限定されないが含むことを意味すると理解されたい。米国特許商標庁特許審査手続マニュアル(United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures)のセクション2111.03に記載されるように、「〜からなる(consisting of)」及び「〜から実質的になる(consisting essentially of)」の移行句のみがそれぞれ、限定又は半限定の移行句であるものとする。   In the claims and the above description, all transitional phrases such as “comprising”, “including”, “carrying”, “having”, “containing” It should be understood that “including”, “involving”, “holding”, “composed of”, and the like are not limiting, ie, include, but are not limited to. “Consisting of” and “consisting of” as described in Section 2111.03 of the United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures. Only the transitional phrase “essential of)” shall be a limited or semi-limited transitional phrase, respectively.

実施例
実施例1:細胞イメージング
固定細胞における細胞内成分の多重化超解像イメージングを、ドッキング鎖の抗体への結合によって達成した(図2)。これらの抗体−DNAコンジュゲートを、まずビオチン化ドッキング鎖をストレプトアビジンと反応させ、次いで目的のタンパク質に対するビオチン化抗体をインキュベートすることによって形成した。次いで、固定HeLa細胞を、β−チューブリンに対する予備構築抗体−DNAコンジュゲートを用いて免疫染色した。イメージングの前に、ATTO655標識イメージャー鎖を、ハイブリダイゼーション緩衝液(500mMのNaClが添加された1×PBS)中のサンプルに導入し、単一分子イメージングを、斜照明を用いて行った(9)。得られた超解像度画像は、回折限界表現とは対照的に空間解像度の明確な増加を示している(図3a〜図3c)。図3Bの位置<i>で撮影された断面プロフィールは、微小管のそれぞれが約47及び約44nmの見かけ上の幅を有する2つの隣接する微小管間に約79nmの距離を示し、これは、免疫染色された微小管の以前の報告に一致している(13)。本開示の抗体−DNAコンジュゲーションのアプローチは、高い標識密度をもたらし、イメージャー鎖の非標識細胞成分への非特異的な結合が殆ど又は全く起こらない。
Examples Example 1: Cell Imaging Multiplexed super-resolution imaging of intracellular components in fixed cells was achieved by binding of docking chains to antibodies (Figure 2). These antibody-DNA conjugates were formed by first reacting a biotinylated docking strand with streptavidin and then incubating a biotinylated antibody against the protein of interest. Fixed HeLa cells were then immunostained with a pre-assembled antibody-DNA conjugate against β-tubulin. Prior to imaging, ATTO655 labeled imager strands were introduced into samples in hybridization buffer (1 × PBS supplemented with 500 mM NaCl) and single molecule imaging was performed using oblique illumination (9 ). The resulting super-resolution image shows a clear increase in spatial resolution as opposed to the diffraction-limited representation (FIGS. 3a-3c). The cross-sectional profile taken at position <i> in FIG. 3B shows a distance of about 79 nm between two adjacent microtubules, each of which has an apparent width of about 47 and about 44 nm, Consistent with previous reports of immunostained microtubules (13). The antibody-DNA conjugation approach of the present disclosure results in high label density and little or no non-specific binding of imager chains to unlabeled cellular components.

直交イメージャー鎖配列がスペクトルの異なる色素に結合する本開示の標識スキームの多色への拡張を実証するために、固定HeLa細胞における微小管網を、Cy3b−標識鎖のドッキング配列を有する予備構築抗体−DNAコンジュゲートで標識し、ミトコンドリアを、ATTO655イメージャー配列の直交配列に連結された第2の抗体を用いて染色した。Cy3b−標識イメージャー鎖及びATTO655標識イメージャー鎖の両方が溶液中に同時に存在し、イメージングを、Cy3bチャネル及びATTO655チャネルの両方で連続的に行い、得られた超解像度画像は、回折限界表現と比較して空間解像度の明確な増加を示した(図3d〜図3f)。単色の場合と同様に、細胞環境でのイメージャー鎖の非標識成分への非特異的な結合は殆ど又は全く観察されなかった。加えて、in vitroの場合と同様に、2色間にクロストークが全く観察されず、イメージャー鎖の配列特異的相互作用を示唆した。   To demonstrate the multicolor extension of the labeling scheme of the present disclosure in which orthogonal imager strand sequences bind to different spectral dyes, a prefabricated microtubule network in immobilized HeLa cells with a docking sequence for Cy3b-labeled strands Labeled with an antibody-DNA conjugate and mitochondria were stained with a second antibody linked to an orthogonal sequence of the ATTO655 imager sequence. Both Cy3b-labeled imager strand and ATTO655-labeled imager strand were simultaneously present in solution, imaging was performed sequentially on both Cy3b channel and ATTO655 channel, and the resulting super-resolution image was obtained with a diffraction limited representation. In comparison, there was a clear increase in spatial resolution (FIGS. 3d-3f). As with the monochromatic case, little or no non-specific binding of imager strands to unlabeled components in the cellular environment was observed. In addition, as in the in vitro case, no crosstalk was observed between the two colors, suggesting sequence-specific interactions of the imager strands.

実施例2:多重化
一定の局在化精度と仮定すると、イメージング解像度で直接2倍の増加を容易に達成することができる。これは、イメージングスポットを、実際の現在の解像度限界よりもさらに離れた同じドッキング鎖配列(例えば、図4のドッキング部位a)で間隔を空け、これにより、これらの部位を超解像度画像における単一スポットとして明確に特定することによって実現することができる。ここで、全ての得られた局在化を特定の部位に割り当てることができるため、得られるイメージング解像度は、再構築されたスポットの半値全幅(FWHM)ではなくなり、標準偏差(FWHMの約2.35分の1の大きさ)となる。これは、図4B1に示されており、10nmの間隔の7つの点のセットが、約14nmの解像度で画像化され、個々の点が解像不可能のまま残る。断面ヒストグラムデータは、幅広いピーク(底部)を示した。図4B2及び図4B3では、1つおきの部位ごとのイメージングにより、個々のスポットの局在化が可能となった。次いで、これらの局在化を組み合わせて、解像度が増加した最終複合画像を形成した。
Example 2: Multiplexing Assuming constant localization accuracy, a direct double increase in imaging resolution can easily be achieved. This spaces the imaging spots with the same docking strand sequence further away from the actual current resolution limit (eg, docking site a in FIG. 4), thereby making these sites single in the super-resolution image. This can be realized by clearly identifying the spot. Here, since all the obtained localization can be assigned to a specific site, the resulting imaging resolution is not the full width at half maximum (FWHM) of the reconstructed spot, but the standard deviation (approximately 2. (Size of 1/35). This is illustrated in FIG. 4B1, where a set of seven points with a spacing of 10 nm is imaged with a resolution of approximately 14 nm, leaving the individual points unresolvable. The cross-sectional histogram data showed a broad peak (bottom). In FIG. 4B2 and FIG. 4B3, the imaging of every other site enabled the localization of individual spots. These localizations were then combined to form a final composite image with increased resolution.

図5Aは、それぞれ数字の0〜3に類似するように設計された4つの異なるDNA配列のセットを表示する単一DNAナノ構造を示している。イメージングを、単純な流動チャンバの構成を用いて連続的に行い、数字の0のドッキング鎖に相補的なイメージャー鎖で最初のフラッシュを行い、次いで、イメージャー鎖の溶液を、数字の1のドッキング鎖に相補的な配列の溶液と交換し、他の数字でもこのステップを続ける。得られた画像を、それぞれのイメージングの回を示すために疑似着色した。DNA折り紙構造を用いる実証は、高いイメージング効率、及び連続するイメージング動作間にクロストークがないことを示した。   FIG. 5A shows a single DNA nanostructure displaying a set of four different DNA sequences, each designed to resemble the numbers 0-3. Imaging is performed continuously using a simple flow chamber configuration, the first flash is performed with the imager strand complementary to the number 0 docking strand, and the imager strand solution is then added to the number 1 Replace with a solution of sequence complementary to the docking strand and continue this step with other numbers. The resulting images were pseudo-colored to show each imaging time. Demonstration using a DNA origami structure showed high imaging efficiency and no crosstalk between successive imaging operations.

Exchange−PAINTを用いたDNA構造の10「色」超解像イメージングを実証するために、それぞれが数字の0〜9に類似した直交ドッキング鎖の異なるパターンを表示する、10の独自の長方形DNA折り紙構造を設計した(パターン「4」については図5(ii)を参照)。10全ての構造の表面固定の後、連続的なイメージングを、液体の取り扱いを容易にする特注の流動チャンバ(図23A)を用いて行った。全てCy3bで標識された10の直交イメージャー鎖(P1〜P10)を使用してExchange−PAINTを行った。10回の全てのイメージングで得られた数字が図5B(v)に示されている。各標的は、高い空間解像度で解像されている。数字のバーに沿った断面ヒストグラムは、10nm以下のFWHMの分布を示している(データは不図示)。同じ最適化色素(Cy3b)及びイメージング条件が各サイクルで使用されているため、高い解像度が全ての数字で維持されていることに留意されたい。 To demonstrate 10 “color” super-resolution imaging of DNA structures using Exchange-PAINT, 10 unique rectangular DNA origami, each displaying a different pattern of orthogonal docking strands similar to the numbers 0-9 The structure was designed (see FIG. 5 (ii) for pattern “4”). After surface fixation of all 10 structures, continuous imaging was performed using a custom flow chamber (FIG. 23A) that facilitates liquid handling. Exchange-PAINT was performed using 10 orthogonal imager strands (P1 * -P10 * ) all labeled with Cy3b. The numbers obtained for all 10 imaging are shown in FIG. 5B (v). Each target is resolved with a high spatial resolution. The cross-sectional histogram along the number bar shows the distribution of FWHM below 10 nm (data not shown). Note that high resolution is maintained at all numbers because the same optimized dye (Cy3b) and imaging conditions are used in each cycle.

図5B(iii)は、10回の全ての組み合わせ画像を示し、サイクル間に観察可能なクロストークが存在しないイメージャー鎖とそれぞれの標的との特異的な相互作用を実証している。数字の8及び9は、選択された領域に存在していない。2ではなく明らかな「緑色の」数字の5が観察された(図5B(iii)では<i>)。これは、クロストークから誤って画像化された数字の5ではなく、むしろ数字の2の「鏡像」であるようである。鏡像は、ドッキング鎖が下に捕捉され、それでもなおイメージャー鎖にアクセス可能である、逆さに固定された折り紙から生じる可能性が高い。   FIG. 5B (iii) shows all 10 combined images, demonstrating the specific interaction of each target with imager strands where there is no observable crosstalk between cycles. The numbers 8 and 9 are not present in the selected area. A clear “green” number 5 was observed instead of 2 (<i> in FIG. 5B (iii)). This seems to be a “mirror image” of the number 2 rather than the number 5 incorrectly imaged from crosstalk. Mirror images are likely to arise from origami fixed upside down, where the docking strand is captured below and still accessible to the imager strand.

流動構成は、流体タンク及びシリンジを可撓性チューブを介して実際の流動チャンバから「分離する」ことによってサンプルの動きを最小限するように設計されている。サンプルの歪みを回避するために、洗浄ステップ中に流体の流れが緩やかになるように特別な注意を払った。サンプルが、実際に殆ど動きを示さず、殆ど又は全く歪まないのを検証するために、Exchange−PAINT実験を10回行った。DNA折り紙を、1回目に数字の4で画像化し、10回の緩衝液の交換後に再び画像化した。サンプルの全体の動き(物体に対する流動チャンバの物理的な動き)は2μm未満であり、基準マーカーで容易に補正することができる。選択された構造の正規化相互相関分析は、0.92の相関係数を示し、サンプルの歪みが殆どないことを実証している(細胞イメージングのセクションの記述も参照されたい)。   The flow configuration is designed to minimize sample movement by “separating” the fluid tank and syringe from the actual flow chamber via a flexible tube. Special care was taken to ensure a gentle fluid flow during the wash step to avoid sample distortion. To verify that the sample actually showed little movement and little or no distortion, the Exchange-PAINT experiment was performed 10 times. The DNA origami was imaged first with the number 4 and imaged again after 10 buffer changes. The total sample movement (physical movement of the flow chamber relative to the object) is less than 2 μm and can be easily corrected with a fiducial marker. Normalized cross-correlation analysis of selected structures shows a correlation coefficient of 0.92, demonstrating little sample distortion (see also the description in the cell imaging section).

最後に、Exchange−PAINTを用いて、4つの異なる数字のパターンを、同じDNA折り紙構造上で画像化するのに成功した(図5B(iv))。従って、Exchange−PAINTは、空間的に分離された種に限定されるものではなく、観察可能なクロストーク又はサンプルの歪みなしで同じ構造における回折パターン以下を解像することができる。異なるExchange−PAINTの回からの画像の整合は、DNA折り紙ベースのドリフトマーカーを用い、単純である。加えて、イメージングは、同じ色素を用いて行われるため、色収差をイメージングの回の間で補正する必要がない。   Finally, using Exchange-PAINT, four different number patterns were successfully imaged on the same DNA origami structure (FIG. 5B (iv)). Thus, Exchange-PAINT is not limited to spatially separated species, and can resolve sub-diffraction patterns in the same structure without observable crosstalk or sample distortion. Image alignment from different Exchange-PAINT times is simple using DNA origami-based drift markers. In addition, since imaging is performed using the same dye, chromatic aberration does not need to be corrected between imaging times.

本開示の方法の細胞環境への適用性を、図3に類似しているが、単色フルオロフォアのみ又はスペクトルの異ならないイメージャー鎖を用いて固定HeLa細胞の微小管及びミトコンドリアを標的にすることによって示した。イメージングは、同じ色素で標識されたイメージャー鎖を用いて連続的に行った(2回、図6)。   The applicability of the disclosed method to the cellular environment is similar to FIG. 3, but targets the microtubules and mitochondria of fixed HeLa cells using monochromatic fluorophores alone or spectrally distinct imager strands. Indicated by. Imaging was performed continuously using imager strands labeled with the same dye (twice, FIG. 6).

実施例3:定量的イメージング
本開示の定量的方法の実行可能性を実証するために、格子状の配置で13の結合部位を備えたDNA折り紙ナノ構造を使用した(図7C)。ドッキング部位の取り込み効率は100%ではなく、実際に取り込んだ部位の分布となる(図7C及び図7D1)。それでもなお、スポットの数を(直接)カウントして、この数を、推奨される結合キネティック分析を用いて計算された部位の対応する数と比較することによって利用可能な部位の数(キネティクス)を視覚的に決定することができるため、この構造は理想的な試験システムであった。図7D1は、直接のカウントによって得られた377の折り紙構造の結合部位の分布を示している。結合キネティック分析によって得られた同じ構造の結合部位の分布は図7D2に示されている。最後に、ベンチマークとして、直接のカウントとキネティックカウントとの間の「オフセット」を各構造について計算した。この方法のカウント「エラー」又は不確実性は、約25分のイメージング時間では7%未満であった(ガウス分布の変動係数によって決定)。
Example 3: Quantitative Imaging To demonstrate the feasibility of the disclosed quantitative method, DNA origami nanostructures with 13 binding sites in a grid-like arrangement were used (FIG. 7C). The docking site uptake efficiency is not 100%, but is the distribution of the actually uptake sites (FIGS. 7C and 7D1). Nevertheless, count the number of spots (kinetics) by counting the number of spots (directly) and comparing this number with the corresponding number of sites calculated using the recommended binding kinetic analysis. This structure was an ideal test system because it can be determined visually. FIG. 7D1 shows the distribution of binding sites of 377 origami structures obtained by direct counting. The distribution of binding sites of the same structure obtained by binding kinetic analysis is shown in FIG. 7D2. Finally, as a benchmark, an “offset” between the direct count and the kinetic count was calculated for each structure. The count “error” or uncertainty of this method was less than 7% with an imaging time of about 25 minutes (determined by the coefficient of variation of the Gaussian distribution).

実施例4:キネティックバーコーディング
高多重化超解像バーコーディングを、幾何学的符号化又はスペクトル符号化ではなく、結合頻度分析によって得た。BP−NAコンジュゲート、又はドッキング鎖の目的の分子への結合頻度は、この分子の結合部位の数に線形従属する。蛍光標識イメージャー鎖の特定の濃度及び会合速度が与えられると、結合頻度は、結合部位の数と共に線形に変化し、従って、識別に使用することができる。例えば、124の異なる動的「明滅シグネチャ」を、3色と、1色当たり4つのレベルの結合頻度を用いて作成した(図8)。幾何学的符号化と比較すると、このアプローチは、遥かに小型の非構造プローブが特徴である。スペクトル符号化(14)と比較すると、本開示の方法は、よりコスト効率が良く、測定可能であり、かつ実施が容易である。この頻度符号化法には、3つの蛍光標識イメージャー鎖のみが必要であり、高スループットスクリーニング実験にとって非常にコスト効率が良い。DNA折り紙試験構造におけるin vitro試験が図8Cに示されている。
Example 4: Kinetic Barcoding Highly multiplexed super-resolution barcoding was obtained by joint frequency analysis rather than geometric coding or spectral coding. The frequency of binding of the BP-NA conjugate or docking strand to the molecule of interest is linearly dependent on the number of binding sites on the molecule. Given the specific concentration and association rate of the fluorescently labeled imager strand, the binding frequency varies linearly with the number of binding sites and can therefore be used for identification. For example, 124 different dynamic “blink signatures” were created using 3 colors and 4 levels of combined frequency per color (FIG. 8). Compared to geometric coding, this approach is characterized by a much smaller unstructured probe. Compared to spectral encoding (14), the disclosed method is more cost effective, measurable, and easy to implement. This frequency encoding method requires only three fluorescently labeled imager chains and is very cost effective for high throughput screening experiments. An in vitro test on the DNA origami test structure is shown in FIG. 8C.

利用可能な結合部位の数を決定して分子にバーコードを付けるために事象間期間(inter-event lifetime)τ又は結合頻度を使用することに加えて、蛍光ON時間又はτ、従って解離定数koffを使用して情報を符号化することもできる。koffは、ドッキング鎖及びイメージャー鎖の二本鎖の塩基成分及び/又は長さによって正確に調整することができる。このアプローチの実行可能性は、図9に例示されており:1/τ及び1/τが、ドッキング/イメージャー二本鎖の長さに対してプロットされている。1/τ、従ってkonは、二本鎖安定性に依存する。しかしながら、1つのCG塩基対の付加によるイメージャー/ドッキング二本鎖の9ntから10ntへの伸長により、キネティックOFF速度がほぼ1桁低下する。 In addition to using the inter-event lifetime τ d or binding frequency to determine the number of available binding sites and barcode the molecule, the fluorescence ON time or τ b and thus dissociation Information can also be encoded using a constant k off . The k off can be precisely adjusted by the double-stranded base component and / or length of the docking strand and the imager strand. The feasibility of this approach is illustrated in FIG. 9: 1 / τ d and 1 / τ b are plotted against the length of the docking / imager duplex. 1 / τ d , and thus k on , depends on duplex stability. However, extension of the imager / docking duplex from 9 nt to 10 nt by the addition of one CG base pair reduces the kinetic OFF rate by almost an order of magnitude.

最後に、イメージャー/ドッキング二本鎖の熱力学的安定性の差異を検出するために本発明者の能力を使用する「マイクロバーコード」、最小バーコードを、経済的な短い非構造プローブを用いて多数の分子を識別するために作製した。このバーコードは、約50ntの長さの1つのDNA分子のみを含み、このDNA分子は、赤色、緑色、又は青色のイメージャー鎖の8、9、又は10ntの長さの結合ドメインの組み合わせを含む約30ntの長さの「バーコード」領域が続く21ntの標的検出ドメインt(図10A)を用いて目的の分子を標識するために使用される。僅か30ntの長さにもかかわらず、このバーコード領域を用いて、3つのスペクトルの異なる色及び3つの熱力学的に異なる配列の長さのみで3=27の異なるバーコードを表現することができる。図10は、koffがそれぞれ1秒当たり10、1、及び0.1の3つの色の8、9、又は10ntの長さのドッキング鎖を例示している。図10Aは、赤色イメージャー鎖用の8ntの長さの結合ドメイン、緑色イメージャー鎖用及び青色イメージャー鎖用の2つの9ntの長さの結合ドメインからなるバーコードの一例を示している。これが、8ntの相互作用ドメインと比較して9ntの相互作用ドメインで蛍光ON時間τが増加した特徴的な時間トレースに対する強度をもたらしている(図10B)。確率的シミュレーションが、それぞれ1秒当たり10、1、及び0.1のkoff値を区別することが明らかに可能であることを示している(図10C)。 Finally, we use our ability to detect differences in thermodynamic stability of imager / docking duplexes, “micro barcodes”, minimal barcodes, economical short unstructured probes Used to identify multiple molecules. This barcode contains only one DNA molecule of about 50 nt length, which contains a combination of 8, 9, or 10 nt long binding domains of red, green, or blue imager strands. It is used to label the molecule of interest with a 21 nt target detection domain t * (FIG. 10A) followed by an approximately 30 nt long “barcode” region. Despite the length of only 30 nt, use this barcode region to represent 3 3 = 27 different barcodes with only three spectrum different colors and three thermodynamically different sequence lengths Can do. FIG. 10 illustrates a docking strand with a length of 8, 9, or 10 nt in three colors with k off of 10, 1 and 0.1 per second, respectively. FIG. 10A shows an example of a barcode consisting of an 8 nt long binding domain for the red imager chain and two 9 nt long binding domains for the green and blue imager chains. This provides an intensity for the characteristic time trace with an increased fluorescence ON time τ b in the 9 nt interaction domain compared to the 8 nt interaction domain (FIG. 10B). Probabilistic simulations show that it is clearly possible to distinguish koff values of 10, 1 and 0.1 per second, respectively (FIG. 10C).

実施例5:遺伝的に符号化された生細胞超解像イメージング
蛍光イメージングの重要な利点は、生細胞における生体分子のプロセスを可視化する潜在力にある。しかしながら、生細胞超解像イメージングの実証には課題が存在する(参考文献22〜22)。このような1つの課題は、適切なイメージング条件を可能にすると共に生体適合性に十分な濃度の合成イメージングプローブの生細胞への送達にある。別の課題は、高分子の密集が固定細胞環境と比較してより重要な因子であり得る生細胞環境における非結合プローブのバックグラウンド蛍光の程度であり、「生」ヘリカーゼ(“live” helicase)が、結合キネティクスに影響を与える。
Example 5: Genetically encoded live cell super-resolution imaging An important advantage of fluorescence imaging is the potential to visualize biomolecular processes in live cells. However, there are challenges in demonstrating live cell super-resolution imaging (references 22-22). One such challenge is the delivery of live imaging of synthetic imaging probes at a concentration sufficient for biocompatibility while allowing appropriate imaging conditions. Another challenge is the degree of background fluorescence of the unbound probe in the live cell environment where macromolecular crowding can be a more important factor compared to the fixed cell environment, the “live” helicase. But this will affect the binding kinetics.

本開示は、生細胞中の標的分子に特異的に結合することができ、結合したときにのみ蛍光を開始して明滅し、特定の標的の超解像イメージングを可能にする遺伝的に符号化されたRNAプローブを利用することによってこれら及び他の課題に取り組んでいる。   This disclosure is genetically encoded that can specifically bind to target molecules in living cells and only initiates and flickers upon binding, allowing super-resolution imaging of specific targets These and other challenges are addressed by utilizing improved RNA probes.

この条件付き「明滅」プローブは、標的結合ドメイン(TBD)及び条件付き明滅ドメイン(CBD)を有する小さい一本鎖RNA(<100nt)である。CBDは、TBDの機械制御下であり、TBDが標的Tに結合していないときは暗い。TBDの標的「T」への結合により、CBDが再構築され、Tの超解像イメージングに適した強度及び頻度でCBDを明滅させることができる。   This conditional “blink” probe is a small single-stranded RNA (<100 nt) with a target binding domain (TBD) and a conditional blink domain (CBD). CBD is under mechanical control of TBD and is dark when TBD is not bound to target T. Binding of the TBD to the target “T” reconstructs the CBD and can blink the CBD at an intensity and frequency suitable for T super-resolution imaging.

明滅RNAプローブは、Spinachアプタマー系(参考文献19)、GFPの蛍光RNA模倣体に基づいている(図19)。Spinachは、当初は暗い小分子DFHBI(DMHBIに類似)の蛍光を発光させることができ、この小分子DFHBIは、非毒性であり、かつ細胞透過性である。Spinachを標的RNAにタグ付けすることにより、細菌及び哺乳動物細胞中での標的RNAの発現を画像化することができる(参考文献19)。   The blinking RNA probe is based on the Spinach aptamer system (Ref. 19), a fluorescent RNA mimic of GFP (FIG. 19). Spinach can initially emit fluorescence of a dark small molecule DFHBI (similar to DMHBI), which is non-toxic and cell permeable. By tagging Spinach to a target RNA, expression of the target RNA in bacteria and mammalian cells can be imaged (Ref. 19).

小分子DFHBIは、Spinachに結合及び解離するため、蛍光ON状態と蛍光OFF状態を交互させる。得られる明滅挙動は、超解像蛍光顕微鏡法を行うために使用し、この蛍光顕微鏡法は、本明細書では「Spinach−PAINT」と呼ぶ(図20)。殆どの生細胞超解像イメージング技術とは異なり、Spinach−PAINTは、特殊なイメージング条件、例えば、特殊な緩衝系又は外部の光スイッチング若しくは活性化を必要としない。より重要なことに、DFHBIは、小さい細胞透過性分子であり、生細胞の非毒性イメージングを実現することを示している。超解像イメージングに必要な「明滅」挙動は、溶液中のDFHBI濃度を調整して、イメージング鎖のそのパートナーとのDNA−DNA結合相互作用を調整する概念と同じ概念でDFHBIのSpinachへの結合を促進/減弱させるためにSpinachを修飾/突然変異させて、蛍光ON時間と蛍光OFF時間とを交互させることによって得ることができる。単一分子測定に基づいたDFHBIの表面固定Spinachへの結合キネティクスを特徴付けて最適化することが可能である(図20)。結合キネティクスを、一時的な結合に基づいた超解像顕微鏡法で適合性についてチェックする。   Since the small molecule DFHBI binds to and dissociates from Spinach, the fluorescence ON state and the fluorescence OFF state are alternated. The resulting blinking behavior is used to perform super-resolution fluorescence microscopy, which is referred to herein as “Spinach-PAINT” (FIG. 20). Unlike most live cell super-resolution imaging techniques, Spinach-PAINT does not require special imaging conditions, such as special buffer systems or external light switching or activation. More importantly, DFHBI is a small cell permeable molecule that has been shown to achieve non-toxic imaging of living cells. The “blink” behavior required for super-resolution imaging is the same concept as adjusting the DFHBI concentration in solution to adjust the DNA-DNA binding interaction with its partner in the imaging strand. Spinach can be modified / mutated to promote / attenuate and can be obtained by alternating fluorescence ON and fluorescence OFF times. It is possible to characterize and optimize the binding kinetics of DFHBI to surface immobilized Spinach based on single molecule measurements (FIG. 20). Binding kinetics is checked for suitability with super-resolution microscopy based on temporal binding.

超解像イメージング用の最適化明滅特性を有するspinach変異体を作製する:DNA−PAINTに基づいて、開始点で、約2Hzのレートで生じる、少なくとも50ミリ秒のON時間を示すSpinach変異体を得る。Spinachは、0.02秒−1のkoffを示し、約50秒の滞留時間となることが分かった。これは、超解像イメージングに必要な時間よりも著しく長い。1〜20秒−1のkoffを有するSpinach変異体を見つけるために、各位置のSpinachで見られるdNTPと他の3つのdNTPを2:1:1:1の比率で含むdNTP混合物を用いてSpinach変異体の「ドープ」ライブラリ(“doped” library)を調製する。このアプローチは、典型的には、アプタマー配列(SELEX)(参考文献23)を最適化するために使用される。次いで、Spinach変異体を、DFHBI滞留時間の短い変異体についてスクリーニングする。5〜10回のSELEXの後、クローンをそれぞれ特徴付ける。第1のステップでは、全てのSpinach変異体が、DFHBIに結合時に相当な量子収率及び吸光係数のSpinach様蛍光をなお示すことを確認する。一般に、アプタマーと小分子との間の結合相互作用を弱めることは強めることよりも容易である。 Creating a spinach mutant with optimized blink characteristics for super-resolution imaging: Based on DNA-PAINT, a Spinach mutant that exhibits an ON time of at least 50 milliseconds occurring at a rate of about 2 Hz at the starting point obtain. Spinach was found to exhibit a k off of 0.02 sec- 1 and a dwell time of about 50 seconds. This is significantly longer than the time required for super-resolution imaging. In order to find a Spinach mutant with a k off of 1-20 sec- 1 using a dNTP mixture containing the dNTP found in Spinach at each position and the other three dNTPs in a ratio of 2: 1: 1: 1 A “doped” library of Spinach variants is prepared. This approach is typically used to optimize aptamer sequences (SELEX) (ref. 23). Spinach mutants are then screened for mutants with a short DFHBI residence time. After 5-10 SELEX, each clone is characterized. In the first step, it is confirmed that all Spinach mutants still show a Spinach-like fluorescence with a substantial quantum yield and extinction coefficient upon binding to DFHBI. In general, it is easier to weaken the binding interaction between an aptamer and a small molecule than to strengthen it.

第2のステップでは、単一分子イメージングによってこれらのSpinach変異体の結合及び解離速度定数を測定する。正確な超解像イメージングを得るために十分な光子カウントを提供する結合持続時間を示すSpinach変異体が選択される。   In the second step, the binding and dissociation rate constants of these Spinach variants are measured by single molecule imaging. Spinach mutants are selected that exhibit binding duration that provides sufficient photon counts to obtain accurate super-resolution imaging.

明滅頻度を最適化するために、本発明者らは、RNA−フルオロフォア複合体の形成のレートがkon及びDFHBIの濃度の両方によって決まるため、DFHBIで滴定し、5〜10Hzの明滅レートをもたらす濃度を特定する。最後に、本発明者らは、超解像イメージングに必要な最適化された明滅を示すSpinach変異体のセットを特定する。 To optimize the flickering frequency, the present inventors, since the rate of formation of RNA- fluorophore complex is determined by both the concentration of the k on and DFHBI, titrated with DFHBI, blinking rate 5~10Hz Identify the concentration to bring about. Finally, we identify a set of Spinach mutants that exhibit the optimized blinking required for super-resolution imaging.

試験プラットフォームとして、本発明者らは、DNAベースのナノ構造(例えば、DNA折り紙によって形成されたナノ構造)のin vitro「イメージング」によるSpinach−PAINTの超解像能力を最適化する。DNA折り紙基質は、定められた距離及び幾何学的配置に複数のSpinach分子を配置するためのプログラム可能な環境を提供する利点を有する。このナノスケールのルーラーシステム(ruler system)により、本発明者らが、この超解像イメージング技術の達成可能な解像度を正確に定量することが可能となる(図21)。   As a test platform, we optimize the super-resolution ability of Spinach-PAINT by in vitro “imaging” of DNA-based nanostructures (eg, nanostructures formed by DNA origami). DNA origami substrates have the advantage of providing a programmable environment for placing multiple Spinach molecules at defined distances and geometries. This nanoscale ruler system allows us to accurately quantify the achievable resolution of this super-resolution imaging technique (FIG. 21).

細胞骨格タンパク質の超解像イメージングのための、チューブリンに結合すると明滅を示すRNA:代謝産物(参考文献24)及びタンパク質(参考文献25)によって活性化されるSpinachベースのセンサを作製した。この開示のアプローチは、本明細書に記載のチューブリン結合アプタマー及び明滅Spinach変異体を用いた、チューブリンの結合によって活性化されるSpinachベースのセンサを作製するために使用する。   A spinach-based sensor activated by RNA: metabolite (Ref. 24) and protein (Ref. 25) that flashes when bound to tubulin for super-resolution imaging of cytoskeletal proteins was made. This disclosed approach is used to create Spinach-based sensors activated by tubulin binding using the tubulin binding aptamers and blinking Spinach mutants described herein.

Spinachのアロステリック型は、目的の標的に結合するアプタマーからなる「制御」又は「検出」モジュールに融合した修飾Spinachアプタマードメインから構成されている(参考文献24)。標的の結合により、修飾Spinachアプタマーの「活性」構造へのアロステリックな折り畳みが起こり、DFHBI結合及び蛍光発光が可能となる(図22)。いくつかのチューブリン結合DNAアプタマーが説明されている(参考文献26)。この開示は、既に確立されたプロトコルを用いてチューブリンを検出することができるSpinach用の制御モジュールの進展を実現する。簡単に述べると、候補アプタマーは、Spinachに融合してチューブリン依存性のSpinach蛍光を達成し、(in vitroでCy5標識され、重合される)チューブリンの存在下でのみSpinach活性化が検証される。   The allosteric form of Spinach is composed of a modified Spinach aptamer domain fused to a “control” or “detection” module consisting of aptamers that bind to the target of interest (reference 24). Target binding causes allosteric folding of the modified Spinach aptamer into the “active” structure, allowing DFHBI binding and fluorescence emission (FIG. 22). Several tubulin-binding DNA aptamers have been described (Ref. 26). This disclosure realizes the development of a control module for Spinach that can detect tubulin using an already established protocol. Briefly, candidate aptamers are fused to Spinach to achieve tubulin-dependent Spinach fluorescence, and spinach activation is verified only in the presence of tubulin (which is Cy5-labeled and polymerized in vitro). The

in vitroイメージングについて試験された超解像条件に基づいた、上記のように作製された条件付きSpinachプローブを用いることにより、Spinach−PAINTを、例えば、哺乳動物生細胞の微小管の超解像イメージングに使用することができる。   By using a conditional Spinach probe made as described above, based on the super-resolution conditions tested for in vitro imaging, Spinach-PAINT, for example, super-resolution imaging of microtubules in living mammalian cells Can be used for

実施例6:流動チャンバ
図23Aは、本明細書に記載される、in vitro DNA折り紙実験に使用される実験構成の一例を示している。このサンプルは、PDMSチャネルのガラスカバースリップに固定されている。イメージング緩衝液及び洗浄緩衝液を容器に入れ、シリンジによってチャネルを介して引き込む。容器及びシリンジは、可撓性チューブを介してPDMSチャネルに接続され、従って、機械的に取り外される。図23Bは、in situ細胞イメージングに使用される実験構成を示している。細胞は、Lab-Tek IIチャンバで画像化される。一方のシリンジが、新しい緩衝液を供給し、第2のシリンジが、前の緩衝液を除去する。
Example 6: Flow Chamber FIG. 23A shows an example of the experimental setup used in the in vitro DNA origami experiment described herein. This sample is secured to the glass cover slip of the PDMS channel. Imaging buffer and wash buffer are placed in a container and drawn through the channel by a syringe. The container and syringe are connected to the PDMS channel via a flexible tube and are therefore mechanically removed. FIG. 23B shows the experimental setup used for in situ cell imaging. Cells are imaged in a Lab-Tek II chamber. One syringe supplies a new buffer and the second syringe removes the previous buffer.

例えば、図23A及び図23Bに示されている流動チャンバを用いるExchange−PAINTイメージングの例示的なプロトコルは次の通りである:
PDMS流動チャンバの容量:40μl
・流動チャンバを100μlの1M KOHですすぐ
・流動チャンバを100μlの緩衝液Aで2回すすぐ
・5分間インキュベートする
・流動チャンバを100μlの緩衝液Aですすぐ
・流動チャンバを、緩衝液A中、50μlの1mg/ml BSA−ビオチンですすぐ
・2分間インキュベートする
・流動チャンバを、緩衝液A中、50μlの1mg/ml BSA−ビオチンですすぐ
・2分間インキュベートする
・流動チャンバを100μlの緩衝液Aで2回すすぐ
・流動チャンバを、緩衝液A中、50μlの0.5mg/mlストレプトアビジンですすぐ
・2分間インキュベートする
・流動チャンバを、緩衝液A中、50μlの0.5mg/mlストレプトアビジンですすぐ
・2分間インキュベートする
・流動チャンバを100μlの緩衝液Aで2回すすぐ
・流動チャンバを100μlの緩衝液Bで2回すすぐ
・30分間インキュベートする
・流動チャンバを100μlの緩衝液Bで2回すすぐ
・流動チャンバを、緩衝液B中、50μlの1nM折り紙ですすぐ
・10分間インキュベートする
・流動チャンバを100μlの緩衝液Bで2回すすぐ
・チューブを取り付ける
・緩衝液Bで行う。
For example, an exemplary protocol for Exchange-PAINT imaging using the flow chamber shown in FIGS. 23A and 23B is as follows:
PDMS flow chamber volume: 40 μl
• Rinse the flow chamber with 100 μl of 1M KOH • Rinse the flow chamber twice with 100 μl of buffer A • Incubate for 5 minutes • Rinse the flow chamber with 100 μl of buffer A • Wash the flow chamber with 50 μl in buffer A Rinse with 1 mg / ml BSA-biotin for 2 minutes. Rinse the flow chamber with 50 μl of 1 mg / ml BSA-biotin in buffer A. Incubate for 2 minutes. Wash the flow chamber with 100 μl buffer A. Rinse ・ Rinse the flow chamber with 50 μl 0.5 mg / ml streptavidin in buffer A ・ Incubate for 2 minutes ・ Rinse the flow chamber with 50 μl 0.5 mg / ml streptavidin in buffer A ・Incubate for 2 minutes • Flow chamber with 100 μl Buffer A Rinse ・ Rinse the flow chamber twice with 100 μl Buffer B ・ Incubate for 30 minutes ・ Rinse the flow chamber twice with 100 μl Buffer B ・ Rinse the flow chamber with 50 μl 1 nM origami in Buffer B ・Incubate for 10 minutes • Rinse the flow chamber twice with 100 μl Buffer B • Attach tubing • Do with Buffer B

追加の材料及び方法
材料。未修飾DNAオリゴヌクレオチドをIntegrated DNA Technologiesから購入した。蛍光修飾DNAオリゴヌクレオチドをBiosynthesisから購入した。β−チューブリンに対するビオチン化モノクローナル抗体(9F3;カタログ番号:6181)及びCOX IVに対するビオチン化モノクローナル抗体(3E11;カタログ番号:6014)をCell Signalingから購入した。抗PMP70(カタログ番号:ab28499)をAbcamから購入した。抗TGN46(カタログ番号:NBP1−49643B)をVWRから購入した。ストレプトアビジンをInvitrogenから購入した(カタログ番号:S−888)。ウシ血清アルブミン(BSA)及びBSA−ビオチンをSigma Aldrichから得た(カタログ番号:A8549)。スライドガラス及びカバースリップをVWRから購入した。Lab-Tek IIチャンバ付きカバーガラスをThermo Fisher Scientificから購入した。M13mp18足場をNew England Biolabsから得た。微小管様DNA折り紙構造用のp8064足場を、19に記載されているように調製した。「Freeze N Squeeze」カラムをBio-Radに注文した。TetraSpeck BeadsをLife Technologiesから購入した。パラホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、及びTEM格子(FORMVAR 400 Mesh Copper Grids)をElectron Microscopy Sciencesから得た。3つの緩衝液をサンプルの調製及びイメージングに使用した:緩衝液A(10mM Tris−HCl、100mM NaCl、0.05% Tween-20、pH7.5)、緩衝液B(5mM Tris−HCl、10mM MgCl2、1mM EDTA、0.05% Tween-20、pH8)、及び緩衝液C(1×PBS、500mM NaCl、pH8)。
Additional materials and methods Materials. Unmodified DNA oligonucleotides were purchased from Integrated DNA Technologies. Fluorescence modified DNA oligonucleotides were purchased from Biosynthesis. Biotinylated monoclonal antibody against β-tubulin (9F3; catalog number: 6181) and biotinylated monoclonal antibody against COX IV (3E11; catalog number: 6014) were purchased from Cell Signaling. Anti-PMP70 (catalog number: ab28499) was purchased from Abcam. Anti-TGN46 (catalog number: NBP1-49643B) was purchased from VWR. Streptavidin was purchased from Invitrogen (catalog number: S-888). Bovine serum albumin (BSA) and BSA-biotin were obtained from Sigma Aldrich (catalog number: A8549). Glass slides and cover slips were purchased from VWR. Cover glass with Lab-Tek II chamber was purchased from Thermo Fisher Scientific. M13mp18 scaffolds were obtained from New England Biolabs. A p8064 scaffold for microtubule-like DNA origami structures was prepared as described in 19. The “Freeze N Squeeze” column was ordered from Bio-Rad. TetraSpeck Beads were purchased from Life Technologies. Paraformaldehyde, glutaraldehyde, and TEM grids (FORMVAR 400 Mesh Copper Grids) were obtained from Electron Microscopy Sciences. Three buffers were used for sample preparation and imaging: Buffer A (10 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl, 0.05% Tween-20, pH 7.5), Buffer B (5 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl 2). 1 mM EDTA, 0.05% Tween-20, pH 8), and buffer C (1 × PBS, 500 mM NaCl, pH 8).

光学構成。蛍光イメージングを、油浸対物レンズ(CFI Apo TIRF 100×、NA 1.49、Oil)を備えるNikonのTIRF照明器を用いる対物型TIRF構成を利用して、Perfect Focus Systemを用いて倒立Nikon Eclipse Ti顕微鏡(Nikon Instruments)で行った。2Dイメージングの場合は、107nmの画素サイズに一致する約150倍の最終倍率を得るために追加の1.5の倍率を使用した。励起のために3つのレーザーを使用した:488nm(200mW公称、Coherent Sapphire)、561nm(200mW公称、Coherent Sapphire)、及び647nm(300mW公称、MBP Communications)。レーザービームを、浄化フィルタ(ZT488/10、ZET561/10、及びZET640/20、Chroma Technology)に通して、マルチバンドビームスプリッター(ZT488rdc/ZT561rdc/ZT640rdc、Chroma Technology)を用いて顕微鏡対物レンズに結合した。蛍光を、発光フィルタ(ET525/50m、ET600/50m、及びET700/75m、Chroma Technology)を用いてスペクトルフィルタリングし、EMCCDカメラ(iXon X3 DU-897、Andor Technologies)で撮影した。   Optical configuration. Fluorescence imaging was performed using an inverted Nikon Eclipse Ti microscope using the Perfect Focus System using an objective TIRF configuration with a Nikon TIRF illuminator equipped with an oil immersion objective (CFI Apo TIRF 100 ×, NA 1.49, Oil). Nikon Instruments). For 2D imaging, an additional 1.5 magnification was used to obtain a final magnification of approximately 150 times, which corresponds to a pixel size of 107 nm. Three lasers were used for excitation: 488 nm (200 mW nominal, Coherent Sapphire), 561 nm (200 mW nominal, Coherent Sapphire), and 647 nm (300 mW nominal, MBP Communications). The laser beam was passed through a purification filter (ZT488 / 10, ZET561 / 10, and ZET640 / 20, Chroma Technology) and coupled to a microscope objective using a multiband beam splitter (ZT488rdc / ZT561rdc / ZT640rdc, Chroma Technology). . Fluorescence was spectrally filtered using emission filters (ET525 / 50m, ET600 / 50m, and ET700 / 75m, Chroma Technology) and photographed with an EMCCD camera (iXon X3 DU-897, Andor Technologies).

DNA折り紙自己集合。微小管様DNA折り紙構造を、折り畳み緩衝液(20mM MgClを含む1×TAE緩衝液)中、10nM足場鎖(scaffold strand)(p8064)、500nM折り畳みステープル(folding staple)及びビオチンハンドル(biotin handle)、750nMビオチン抗ハンドル(biotin anti-handle)、及び1.1μM DNA−PAINTドッキング鎖を含む40μlの総量でワンポット反応で形成した。この溶液を、15時間に亘る80℃から14℃に冷却するサーマルランプ13(thermal ramp 13)を用いてアニーリングした。自己集合後、モノマー構造を、1.5時間の4.5V/cmでのアガロースゲル電気泳動法(1.5%アガロース、0.5×TBE、10mM MgCl、1×SybrSafe)によって精製した。ゲルバンドをカットし、粉砕し、及び「Freeze ‘N Squeeze」カラムに充填し、4℃で5分間、1000×gで回転させた。重合を、折り畳み緩衝液中、5倍過剰の重合ステープル(polymerization staple)で、30℃で48時間行った。重合構造を、さらなる精製なしでイメージングに使用した。DNA折り紙ドリフトマーカーは、ワンポット反応(総量40μl、20nM M13mp18足場、100nMビオチン化ステープル(biotinylated staple)、DNA−PAINTドッキング部位を含む530nMステープル、12.5mM MgCl2を含む1×TAE)で自己集合した。自己集合構造を前述のように精製した。4「色」in vitro Exchange−PAINT実証用のDNA折り紙構造が、ワンポット反応(総量40μl、30nM M13mp18足場、470nMビオチン化ステープル、数字イメージング用のドッキング部位を含む400nMステープル、370nMコア構造ステープル(core structure staple)、12.5mM MgCl2を含む1×TAE)で自己集合した。自己集合構造を前述のように精製した。10「色」in vitro Exchange−PAINT実証用のDNA折り紙構造が、ワンポット反応(総量40μl、30nM M13mp18足場、36nMビオチン化ステープル、数字イメージング用のドッキング部位を含む750nMステープル、300nMコア構造ステープル、12.5mM MgCl2を含む1×TAE)で自己集合した。この構造を精製しなかった。過剰なステープルを、構造の表面への固定の後にサンプルから洗い落とした。微小管様DNA折り紙構造用のDNA鎖配列は、表1で確認することができる。DNA折り紙ドリフトマーカー用のDNA鎖配列は、表2で確認することができる。10「色」in vitro Exchange−PAINT実証用のDNA折り紙構造用のDNA鎖配列は、奇数の数字を表3で、偶数の数字を表4で確認することができる。in vitro Exchange−PAINT実証用のDNA折り紙構造のためのDNA鎖配列(数字の0〜3)は、表5で確認することができる。p8064及びM13mp18用の足場配列はそれぞれ、配列番号:882及び883に一致している。DNA−PAINTイメージャー及びドッキング配列並びにビオチンを介した表面付着用の配列は表6に列記されている。 DNA origami self-assembly. A microtubule-like DNA origami structure is prepared by folding 10 nM scaffold strand (p8064), 500 nM folding staple and biotin handle in folding buffer (1 × TAE buffer containing 20 mM MgCl 2 ). , 750 nM biotin anti-handle, and 40 μl total volume containing 1.1 μM DNA-PAINT docking strand. The solution was annealed using a thermal ramp 13 that was cooled from 80 ° C. to 14 ° C. over 15 hours. After self-assembly, the monomer structure was purified by agarose gel electrophoresis (1.5% agarose, 0.5 × TBE, 10 mM MgCl 2 , 1 × SybrSafe) for 1.5 hours at 4.5 V / cm. The gel band was cut, ground and packed into a “Freeze 'N Squeeze” column and spun at 1000 × g for 5 minutes at 4 ° C. The polymerization was carried out at 30 ° C. for 48 hours with a 5-fold excess of polymerization staples in folding buffer. The polymerized structure was used for imaging without further purification. DNA origami drift markers self-assembled in a one-pot reaction (total volume 40 μl, 20 nM M13mp18 scaffold, 100 nM biotinylated staple, 530 nM staple with DNA-PAINT docking site, 1 × TAE with 12.5 mM MgCl 2). The self-assembled structure was purified as described above. 4 “Color” in vitro Exchange-PAINT demonstration DNA origami structure is a one-pot reaction (total volume 40 μl, 30 nM M13mp18 scaffold, 470 nM biotinylated staple, 400 nM staple with numerical imaging docking site, 370 nM core structure staple) staple) and 1 × TAE containing 12.5 mM MgCl 2. The self-assembled structure was purified as described above. 10. “Color” in vitro Exchange-PAINT demonstration DNA origami structure is a one-pot reaction (total volume 40 μl, 30 nM M13mp18 scaffold, 36 nM biotinylated staple, 750 nM staple with numerical imaging docking site, 300 nM core structure staple, 12. Self-assembled with 1 × TAE containing 5 mM MgCl 2. This structure was not purified. Excess staple was washed away from the sample after fixation to the surface of the structure. The DNA strand sequence for the microtubule-like DNA origami structure can be confirmed in Table 1. The DNA strand sequence for the DNA origami drift marker can be confirmed in Table 2. The DNA strand sequence for DNA origami structure for 10 “color” in vitro Exchange-PAINT demonstration can be identified in Table 3 for odd numbers and Table 4 for even numbers. The DNA strand sequences (numbers 0 to 3) for the DNA origami structure for in vitro Exchange-PAINT demonstration can be confirmed in Table 5. The scaffold sequences for p8064 and M13mp18 correspond to SEQ ID NOs: 882 and 883, respectively. DNA-PAINT imager and docking sequences and sequences for surface attachment via biotin are listed in Table 6.

抗体−DNAコンジュゲート。目的のタンパク質をDNA−PAINTドッキング部位で特異的に標識するために使用される抗体−DNAコンジュゲートを、2つのステップで予め形成した:まず、3.2μlの1mg/mlストレプトアビジン(緩衝液Aに溶解)を、0.5μlの100μMビオチン化DNA−PAINTドッキング鎖及び追加の5.3μlの緩衝液Aと、ゆっくりと振盪させながら30分間、室温(RT)で反応させた。次いで、溶液を第2のステップで、目的のタンパク質に対する1μlの1mg/mlモノクローナルビオチン化抗体と共に30分間、室温でインキュベートした。フィルタカラム(Amicon 100 kDa、Millipore)を使用して、未反応ストレプトアビジン−オリゴコンジュゲートから予め形成されたコンジュゲートを精製した。   Antibody-DNA conjugate. The antibody-DNA conjugate used to specifically label the protein of interest at the DNA-PAINT docking site was preformed in two steps: First, 3.2 μl of 1 mg / ml streptavidin (buffer A Was dissolved in 0.5 μl of 100 μM biotinylated DNA-PAINT docking strand and an additional 5.3 μl of buffer A for 30 minutes at room temperature (RT) with gentle shaking. The solution was then incubated in a second step with 1 μl of 1 mg / ml monoclonal biotinylated antibody against the protein of interest for 30 minutes at room temperature. A preformed conjugate was purified from unreacted streptavidin-oligo conjugate using a filter column (Amicon 100 kDa, Millipore).

細胞免疫染色。HeLa及びDLD1細胞を、ペニシリン及びストレプトマイシンを含む10%FBSで強化されたイーグル最小必須培地で培養し、37℃で、5%CO2を用いてインキュベートした。1ウェル当たり約30%コンフルエンスの細胞を、固定の24時間前にLab-Tek IIチャンバ付きカバーガラスに播種した。微小管、ミトコンドリア、ゴルジ複合体、及びペルオキシソームを、以下の手順で免疫染色した:PBSで洗浄する;PBS中、3%パラホルムアルデヒド及び0.1%グルタルアルデヒドの混合物で10分間固定する;PBSで3回洗浄する;約1mg/ml NABH4で7分間、還元する;PBSで3回洗浄する;PBS中、0.25%(v/v)Triton X-100で10分間、透過化処理する;PBSで3回洗浄する;3%(w/v)ウシ血清アルブミンで30分間ブロックし、β−チューブリン、COX IV、PMP70、又はTGN46に対する予め形成された抗体−DNAコンジュゲートで一晩染色する(コンジュゲートは、5%BSA中、10μg/mlに希釈した);PBSで3回洗浄する;PBS中、3%パラホルムアルデヒド及び0.1%グルタルアルデヒドの混合物で10分間、後固定する;そしてPBSで3回洗浄する。   Cellular immunostaining. HeLa and DLD1 cells were cultured in Eagle's minimum essential medium enriched with 10% FBS containing penicillin and streptomycin and incubated at 37 ° C. with 5% CO 2. Approximately 30% confluent cells per well were seeded on coverslips with Lab-Tek II chambers 24 hours prior to fixation. Microtubules, mitochondria, Golgi complex, and peroxisomes were immunostained with the following procedure: wash with PBS; fix for 10 minutes with a mixture of 3% paraformaldehyde and 0.1% glutaraldehyde in PBS; with PBS Wash 3 times; reduce with approximately 1 mg / ml NABH4 for 7 minutes; wash 3 times with PBS; permeabilize with 0.25% (v / v) Triton X-100 in PBS for 10 minutes; PBS Wash with 3%; block with 3% (w / v) bovine serum albumin for 30 minutes and stain overnight with preformed antibody-DNA conjugates to β-tubulin, COX IV, PMP70, or TGN46 ( The conjugate was diluted to 10 μg / ml in 5% BSA); washed 3 times with PBS; 3% paraformaldehyde in PBS 10 minutes with a mixture of beauty 0.1% glutaraldehyde, post-fixed; and washed 3 times with PBS.

微小管様DNA折り紙構造の超解像DNA−PAINTイメージング。サンプルの調製では、1枚のカバースリップ(No.1.5、18×18mm2、約0.17mmの厚さ)及びスライドガラス(3×1インチ2、1mmの厚さ)を、両面テープの2つのストリップによって互いに挟んで、約20μlの容積の流動チャンバを形成した。まず、20μlのビオチン標識ウシアルブミン(1mg/ml、緩衝液Aに溶解)を、チャンバに流し込んで2分間インキュベートした。次いで、チャンバを40μlの緩衝液Aで洗浄した。次いで、20μlのストレプトアビジン(0.5mg/ml、緩衝液Aに溶解)をチャンバに流し込んで、2分間結合させた。40μlの緩衝液Aでの洗浄、及びこれに続く40μlの緩衝液Bでの洗浄後、緩衝液B中、20μlのビオチン標識微小管様DNA構造(約300pMモノマー濃度)及びDNA折り紙ドリフトマーカー(約100pM)を最終的にチャンバに流し込んで5分間インキュベートした。チャンバを、40μlの緩衝液Bで洗浄した。最終イメージング緩衝液は、緩衝液B中、1.5nM Cy3b標識イメージャー鎖を含んでいた。次のイメージングの前に、チャンバをエポキシで密封した。CCD読み取り帯域幅を、16ビットで1MHz、及び5.1のプリアンプ利得に設定した。EM利得は使用しなかった。イメージングを、561nmで294W/cm2の励起強度のTIR照明を用いて行った。   Super-resolution DNA-PAINT imaging of microtubule-like DNA origami structure. For sample preparation, a single cover slip (No. 1.5, 18 × 18 mm 2, thickness of about 0.17 mm) and a glass slide (3 × 1 inch 2, 1 mm thickness) A flow chamber with a volume of about 20 μl was formed sandwiched between two strips. First, 20 μl of biotin-labeled bovine albumin (1 mg / ml, dissolved in buffer A) was poured into the chamber and incubated for 2 minutes. The chamber was then washed with 40 μl of buffer A. 20 μl of streptavidin (0.5 mg / ml, dissolved in buffer A) was then poured into the chamber and allowed to bind for 2 minutes. After washing with 40 μl of buffer A followed by 40 μl of buffer B, 20 μl of biotin-labeled microtubule-like DNA structure (about 300 pM monomer concentration) and DNA origami drift marker (about approx. 100 pM) was finally poured into the chamber and incubated for 5 minutes. The chamber was washed with 40 μl Buffer B. The final imaging buffer contained 1.5 nM Cy3b labeled imager strand in buffer B. Prior to the next imaging, the chamber was sealed with epoxy. The CCD read bandwidth was set to 16 MHz with 1 MHz and 5.1 preamplifier gain. EM gain was not used. Imaging was performed using TIR illumination with an excitation intensity of 294 W / cm 2 at 561 nm.

DNAナノ構造の超解像Exchange−PAINTイメージング。流体交換のために、特注の流動チャンバを形成した。詳細な調製プロトコルは、実施例6で確認することができる。イメージングチャネルをBSA−ビオチンで機能させる前に、洗浄のために1M KOHですすいだ。折り紙構造の流動チャンバの表面への結合を前述のように行った。各画像取得ステップの後に、それぞれ200μlの緩衝液Bを用いた少なくとも3回の洗浄からなる短い約1〜2分の洗浄ステップを行った。次いで、次のイメージャー鎖溶液を導入した。洗浄手順の間、イメージャー溶液の完全な交換が行われるように表面を監視した。10全ての標的が画像化されるまで、取得及び洗浄ステップを繰り返した。CCD読み取り帯域幅を、14ビットで3MHz、及び5.1のプリアンプ利得に設定した。EM利得は使用しなかった。イメージングを、561nmで166W/cm2(緩衝液B中、3nM Cy3b標識イメージャー鎖を用いた10「色」Exchange−PAINT、図5B(iii)及び図5B(v))及び647nmで600W/cm2(緩衝液B中、3nM ATTO655標識イメージャー鎖を用いた4「色」Exchange−PAINT、図5B(iv))の励起強度のTIR照明を用いて行った。   Super-resolution Exchange-PAINT imaging of DNA nanostructures. A custom flow chamber was formed for fluid exchange. A detailed preparation protocol can be confirmed in Example 6. Prior to working the imaging channel with BSA-biotin, it was rinsed with 1M KOH for washing. The origami structure was bonded to the surface of the flow chamber as described above. Each image acquisition step was followed by a short wash step of about 1-2 minutes consisting of at least 3 washes each using 200 μl of Buffer B. The next imager chain solution was then introduced. During the cleaning procedure, the surface was monitored to ensure a complete exchange of imager solution. The acquisition and wash steps were repeated until all 10 targets were imaged. The CCD read bandwidth was set to 14 MHz with 3 MHz and 5.1 preamplifier gain. EM gain was not used. Imaging was performed at 561 nm at 166 W / cm 2 (10 “color” Exchange-PAINT using 3 nM Cy3b labeled imager strand in buffer B, FIGS. 5B (iii) and 5 B (v)) and 600 W / cm 2 (at 647 nm ( It was carried out using TIR illumination with an excitation intensity of 4 “colors” Exchange-PAINT, FIG. 5B (iv)) using 3 nM ATTO655 labeled imager chain in buffer B.

細胞の超解像DNA−PAINTイメージング。全てのデータを、14ビットで5MHz、5.1のプリアンプ利得、及び255の電子増倍利得のEMCCD読み取り帯域幅で得た。イメージングは、HILO照明11を用いて行った。レーザー出力密度は、図3Aでは647nmで283W/cm2、図3Dでは647nmで142W/cm2、及び561nmで19W/cm2であった。イメージング条件:図3A:緩衝液C中、700pM ATTO655標識イメージャー鎖。図3D:緩衝液C中、600pM Cy3b標識イメージャー鎖及び1.5nM ATTO655標識イメージャー鎖。   Super-resolution DNA-PAINT imaging of cells. All data was obtained with 14-bit EMCCD reading bandwidth of 5 MHz, 5.1 preamplifier gain, and 255 electron multiplication gain. Imaging was performed using HILO illumination 11. The laser power density was 283 W / cm 2 at 647 nm in FIG. 3A, 142 W / cm 2 at 647 nm, and 19 W / cm 2 at 561 nm in FIG. 3D. Imaging conditions: FIG. 3A: 700 pM ATTO655 labeled imager chain in buffer C. FIG. 3D: 600 pM Cy3b labeled imager strand and 1.5 nM ATTO655 labeled imager strand in buffer C.

細胞の超解像Exchange−PAINTイメージング。Lab-Tek IIチャンバを、流体交換のために適合した。2D画像(図6B及び図6C)を、14ビットで5MHz、5.1のプリアンプ利得、及び255のEM利得のEMCCD読み取り帯域幅で得た。3D画像(図6)を、154ビットで3MHz、5.1のプリアンプ利得、及びEM利得なしのCCD読み取り帯域幅で得た。いずれの場合も、イメージングはHILO照明を用いて行った。連続イメージングを、2D折り紙ナノ構造の記載のように行ったが、洗浄ステップは、緩衝液Cを用いて行った。   Cell super-resolution Exchange-PAINT imaging. The Lab-Tek II chamber was adapted for fluid exchange. 2D images (FIGS. 6B and 6C) were acquired with 14 bits of EMCCD reading bandwidth of 5 MHz, 5.1 preamplifier gain, and 255 EM gain. A 3D image (FIG. 6) was acquired at 154 bits with 3 MHz, 5.1 preamplifier gain, and CCD reading bandwidth without EM gain. In either case, imaging was performed using HILO illumination. Continuous imaging was performed as described for 2D origami nanostructures, but the washing step was performed with buffer C.

3D DNA−PAINTイメージング。3D画像を、検出回路の円柱レンズ(Nikon)で得た。NIS Elements(Nikon)のN-STORM分析パッケージをデータ処理に使用した。イメージングは、検出経路に追加の倍率を用いずに行い、160nmの画素サイズが得られた。3D較正を、製造者の取扱説明書に従って行った。   3D DNA-PAINT imaging. A 3D image was obtained with a cylindrical lens (Nikon) in the detection circuit. NIS Elements (Nikon) N-STORM analysis package was used for data processing. Imaging was performed without using additional magnification in the detection path and a pixel size of 160 nm was obtained. 3D calibration was performed according to the manufacturer's instructions.

イメージャー鎖濃度の決定。最適なイメージャー鎖濃度を、標識密度に従って経験的に決定する。一般に、十分に高い蛍光OFF/ON比は、1回折限界領域当たりの単一イメージャー鎖のみの結合を保障するために正確にしなければならい。さらに、十分な結合事象、従って、画像取得中の各ドッキング鎖のロバストな検出を保障するために、十分なイメージャー鎖濃度(従って、十分に低い蛍光OFF時間)が必要である。   Determination of imager chain concentration. The optimal imager chain concentration is empirically determined according to the label density. In general, a sufficiently high fluorescence OFF / ON ratio must be accurate to ensure binding of only a single imager chain per diffraction limited region. In addition, sufficient imager chain concentration (and therefore sufficiently low fluorescence OFF time) is necessary to ensure sufficient binding events and thus robust detection of each docking chain during image acquisition.

超解像データ処理。超解像DNA−PAINT画像を、LabVIEW10でプログラムされたスポット検出及び2D−ガウスフィッティングアルゴリズムを用いて再構築した。このソフトウェアの簡易型が、DNA−Paintウェブサイト(org suffix)でダウンロード可能である。   Super-resolution data processing. Super-resolution DNA-PAINT images were reconstructed using spot detection and 2D-Gaussian fitting algorithms programmed in LabVIEW 10. A simplified version of this software can be downloaded from the DNA-Paint website (org suffix).

正規化相互相関分析。正規化相互相関係数を、それぞれの再構築されたグレースケール超解像度画像をまず正規化し、続いてMATLAB R2013b(MathWorks, Natick, MA, USA)で相互相関分析を行うことによって得た。   Normalized cross-correlation analysis. Normalized cross-correlation coefficients were obtained by first normalizing each reconstructed grayscale super-resolution image, followed by cross-correlation analysis with MATLAB R2013b (MathWorks, Natick, MA, USA).

ドリフト補正及びチャネルの整合。DNA折り紙構造を、in vitro DNA−PAINT及びExchange−PAINTイメージングの整合マーカーとしてドリフト補正に使用する。ドリフト補正は、各ムービーの間中、各折り紙ドリフトマーカーの位置を追跡することによって行った。次いで、全ての検出されたドリフトマーカーの軌道を平均して、これを、最終超解像再構築のドリフトを全体的に補正するために使用した。Exchange−PAINTにおける異なるイメージングサイクル間のチャネルの整合では、これらの構造を、各Exchange−PAINT画像のそれらの位置を一致させることによって整合点として使用する。細胞イメージングでは、100nmの金ナノ構造(Sigma Aldrich;緩衝液C中、10nM、イメージングの前に添加される)を、ドリフトマーカー及び整合マーカーとして使用した。金ナノ粒子は、イメージングチャンバのガラス底部に非特異的に吸着される。ドリフト補正及びドリフト整合は、折り紙ドリフトマーカーの場合と同様の方式で行われる。同様に、視野における全ての金ナノ粒子の明らかな動きを、ムービーの間中、追跡する。次いで、得られた軌道を平均して、これを、最終超解像度画像の全体的なドリフト補正に使用する。図3D〜図3Fにおけるミトコンドリア及び微小管の二色画像では、金粒子は、両方の色のチャネルで見ることができる。同じ金ナノ粒子はまた、in situ Exchange−PAINT実験の異なるイメージングの回のドリフト補正及び再整合にも使用される(図6)。   Drift correction and channel matching. DNA origami structures are used for drift correction as alignment markers for in vitro DNA-PAINT and Exchange-PAINT imaging. The drift correction was performed by tracking the position of each origami drift marker throughout each movie. The trajectories of all detected drift markers were then averaged and used to globally correct the final super-resolution reconstruction drift. For channel alignment between different imaging cycles in Exchange-PAINT, these structures are used as alignment points by matching their positions in each Exchange-PAINT image. For cell imaging, 100 nm gold nanostructures (Sigma Aldrich; 10 nM in buffer C, added before imaging) were used as drift and alignment markers. Gold nanoparticles are adsorbed nonspecifically on the glass bottom of the imaging chamber. Drift correction and drift matching are performed in the same manner as for the origami drift marker. Similarly, the apparent movement of all gold nanoparticles in the field of view is tracked throughout the movie. The resulting trajectories are then averaged and used for overall drift correction of the final super-resolution image. In the two-color images of mitochondria and microtubules in FIGS. 3D-3F, gold particles can be seen in both color channels. The same gold nanoparticles are also used for drift correction and realignment of different imaging times of the in situ Exchange-PAINT experiment (FIG. 6).

透過電子顕微鏡イメージング。イメージングのために、3.5μlの未希釈微小管様DNA構造を、グロー放電炭素被覆TEM格子に2分間吸着した。次いで、この格子を、超濾過(0.2μmのフィルタ)された25mM NaOHを含む2%ギ酸ウラニル水溶液を用いて10秒間染色した。イメージングを、80kVで動作するJEOL JEM-1400を用いて行った。   Transmission electron microscope imaging. For imaging, 3.5 μl of undiluted microtubule-like DNA structure was adsorbed on a glow discharge carbon coated TEM grid for 2 minutes. The grid was then stained for 10 seconds with 2% aqueous uranyl formate solution containing 25 mM NaOH that was ultrafiltered (0.2 μm filter). Imaging was performed using a JEOL JEM-1400 operating at 80 kV.

原子間力顕微鏡イメージング。イメージングを、E-scanner(Bruker)を備えたMultimode VIII原子間力顕微鏡(AFM)でタッピングモードを用いて行った。イメージングは、狭い100μmの7〜9kHzの共振周波数、0.38N/mの力定数カンチレバー(force constant cantilever)を用いて、DNP−Sの酸化物の尖った窒化ケイ素カンチレバー(DNP-S oxide-sharpened silicon nitride cantilever)及びSNLの鋭い窒化レバー(SNL sharp nitride lever)(Bruker Probes)を含むTAE/Mg2+緩衝液で行った。折り紙構造の自己集合の後、約20μlのTAE/Mg2+緩衝液を、金属パック(Ted Pella)に接着された新しく切断された雲母表面(Ted Pella)に堆積させた。30秒後、雲母表面を、N2の緩やかな流れで乾燥させ、5μlの折り紙溶液を雲母表面に堆積させた。この30秒後に、30μlの追加の緩衝液をサンプルに添加した。イメージングパラメータを最高の画質のために最適化したが、サンプルの損傷を最小限にするために可能な最も高い設定値を維持した。画像は、それぞれのスキャンラインから一次多項式を減じることによって後処理した。駆動振幅が約0.11Vであり、積分利得が約2であり、かつ比例利得が約4である。   Atomic force microscope imaging. Imaging was performed using a tapping mode on a Multimode VIII atomic force microscope (AFM) equipped with an E-scanner (Bruker). Imaging uses a narrow 100 μm resonance frequency of 7-9 kHz, a force constant cantilever of 0.38 N / m, and a DNP-S oxide-sharpened silicon nitride cantilever (DNP-S oxide-sharpened). silicon nitride cantilever) and TAE / Mg2 + buffer containing SNL sharp nitride lever (Bruker Probes). After self-assembly of the origami structure, about 20 μl of TAE / Mg 2+ buffer was deposited on the newly cut mica surface (Ted Pella) adhered to a metal pack (Ted Pella). After 30 seconds, the mica surface was dried with a gentle stream of N 2 and 5 μl of origami solution was deposited on the mica surface. After 30 seconds, an additional 30 μl of buffer was added to the sample. The imaging parameters were optimized for the best image quality, but maintained the highest setting possible to minimize sample damage. The image was post-processed by subtracting the first order polynomial from each scan line. The drive amplitude is about 0.11 V, the integral gain is about 2, and the proportional gain is about 4.

以下の表1〜表5に、説明した構造における各オリゴヌクレオチドの位置が示されている。第1の列における各オリゴヌクレオチドの位置(例えば、n[n]n[n])は、コンマで区切られ、それぞれ、同じ行にある第2の列の配列識別番号に一致する。各配列識別番号は、参照により本明細書に組み入れられる添付の配列表にある対応するオリゴヌクレオチド配列を示す。例えば、表1では、位置0[39]21[39]は、配列番号:1によって表されるオリゴヌクレオチドに一致し;位置0[79]1[79]は、配列番号:2によって表されるオリゴヌクレオチドに一致し;以下同様である。   Tables 1 to 5 below show the position of each oligonucleotide in the described structure. The position of each oligonucleotide in the first column (eg, n [n] n [n]) is separated by a comma and each matches the sequence identification number of the second column in the same row. Each sequence identification number indicates the corresponding oligonucleotide sequence in the attached sequence listing which is incorporated herein by reference. For example, in Table 1, positions 0 [39] 21 [39] correspond to the oligonucleotide represented by SEQ ID NO: 1; positions 0 [79] 1 [79] are represented by SEQ ID NO: 2. Corresponds to oligonucleotide; and so on.

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Claims (230)

相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合することができるドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲート。   A protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand that can temporarily bind to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、前記相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合する、請求項1に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   2. The protein-nucleic acid conjugate of claim 1, wherein the docking strand is temporarily bound to the complementary labeled imager strand. 前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項1又は2に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   The protein-nucleic acid conjugate according to claim 1 or 2, wherein the protein is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記タンパク質が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   The protein-nucleic acid conjugate according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及びストレプトアビジンを含む、請求項4に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   5. The protein-nucleic acid conjugate of claim 4, wherein the intervening linker comprises biotin and streptavidin. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項3〜5のいずれか一項に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   The protein-nucleic acid conjugate according to any one of claims 3 to 5, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   The protein-nucleic acid conjugate according to any one of claims 1 to 6, wherein the complementary labeled imager strand is a complementary fluorescently labeled imager strand. 前記相補的な蛍光標識イメージャー鎖が、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項7に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   8. The protein-nucleic acid conjugate of claim 7, wherein the complementary fluorescently labeled imager strand comprises at least one fluorophore. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項1〜8のいずれか一項に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   9. The protein-nucleic acid conjugate according to any one of claims 1 to 8, wherein the complementary labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項9に記載のタンパク質−核酸コンジュゲート。   10. The protein-nucleic acid conjugate of claim 9, wherein the complementary labeled imager strand is about 8 to about 10 nucleotides in length. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートに結合された標的。   11. A target bound to at least one protein-nucleic acid conjugate according to any one of claims 1-10. 前記標的がタンパク質である、請求項11に記載の標的。   The target of claim 11, wherein the target is a protein. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の複数のタンパク質−核酸コンジュゲート。   A plurality of protein-nucleic acid conjugates according to any one of claims 1-10. 前記複数が前記タンパク質−核酸コンジュゲートの少なくとも2つのサブセットを含み、及び各サブセットの前記タンパク質−核酸コンジュゲートが異なる標的に結合する、請求項13に記載の複数。   14. The plurality of claim 13, wherein the plurality comprises at least two subsets of the protein-nucleic acid conjugates, and each subset of the protein-nucleic acid conjugates binds to a different target. 少なくとも1つの前記タンパク質−核酸コンジュゲートが、少なくとも1つの標的に結合する、請求項13又は14に記載の複数のタンパク質−核酸コンジュゲートを含む組成物。   15. A composition comprising a plurality of protein-nucleic acid conjugates according to claim 13 or 14, wherein at least one of said protein-nucleic acid conjugates binds to at least one target. 組成物であって:
ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートであって、標的に結合する少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲート;及び
前記少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートに一時的に結合する少なくとも1つの相補的な標識イメージャー鎖
を含む、組成物。
A composition comprising:
At least one protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand, wherein the at least one protein-nucleic acid conjugate binds to a target; and temporarily binds to the at least one protein-nucleic acid conjugate A composition comprising at least one complementary labeled imager strand.
少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖を含み、前記少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖が同一である、請求項16に記載の組成物。   17. The composition of claim 16, comprising at least two complementary labeled imager strands, wherein the at least two complementary labeled imager strands are identical. 少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖を含み、前記少なくとも2つの相補的な標識イメージャー鎖が異なっている、請求項16に記載の組成物。   17. The composition of claim 16, comprising at least two complementary labeled imager strands, wherein the at least two complementary labeled imager strands are different. 相補的な標識イメージャー鎖の数が、タンパク質−核酸コンジュゲートの数よりも少ない、多い、又は等しい、請求項16〜18のいずれか一項に記載の組成物。   19. A composition according to any one of claims 16-18, wherein the number of complementary labeled imager strands is less than, greater than or equal to the number of protein-nucleic acid conjugates. 少なくとも2つの異なる相補的な標識イメージャー鎖を含む、請求項13〜19のいずれか一項に記載の組成物。   20. A composition according to any one of claims 13 to 19, comprising at least two different complementary labeled imager strands. 少なくとも5つの異なる相補的な標識イメージャー鎖を含む、請求項13〜20のいずれか一項に記載の組成物。   21. A composition according to any one of claims 13 to 20, comprising at least 5 different complementary labeled imager strands. 少なくとも10の異なる相補的な標識イメージャー鎖を含む、請求項13〜21のいずれか一項に記載の組成物。   22. A composition according to any one of claims 13 to 21 comprising at least 10 different complementary labeled imager strands. 少なくとも100の異なる相補的な標識イメージャー鎖を含む、請求項22に記載の組成物。   23. The composition of claim 22, comprising at least 100 different complementary labeled imager strands. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項16〜23のいずれか一項に記載の組成物。   24. The composition according to any one of claims 16 to 23, wherein the complementary labeled imager strand is a complementary fluorescently labeled imager strand. 相補的な標識イメージャー鎖に結合するドッキング鎖に連結されたモノクローナル抗体を含み、前記抗体及び前記ドッキング鎖がそれぞれ、ビオチン化され、かつビオチン−ストレプトアビジンリンカーによって互いに連結される、抗体−DNAコンジュゲート。   An antibody-DNA conjugate comprising a monoclonal antibody linked to a docking strand that binds to a complementary labeled imager strand, wherein said antibody and said docking strand are each biotinylated and linked to each other by a biotin-streptavidin linker Gate. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項25に記載の抗体−DNAコンジュゲート。   26. The antibody-DNA conjugate of claim 25, wherein the complementary labeled imager strand is a complementary fluorescently labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項1〜26のいずれか一項に記載の抗体−DNAコンジュゲート。   27. The antibody-DNA conjugate according to any one of claims 1 to 26, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項27に記載の抗体−DNAコンジュゲート。   28. The antibody-DNA conjugate of claim 27, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項21〜28のいずれか一項に記載の抗体−DNAコンジュゲート。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the complementary labeled imager strands is the other docking strands of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 29. The antibody-DNA conjugate according to any one of claims 21 to 28, which is within a thermal stability range of 5 kcal / mol. 相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合するドッキング鎖に連結された核酸アプタマーを含む、アプタマー−核酸コンジュゲート。   An aptamer-nucleic acid conjugate comprising a nucleic acid aptamer linked to a docking strand that temporarily binds to a complementary labeled imager strand. 前記相補的な標識イメージャー鎖が、相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項30に記載のアプタマー−核酸コンジュゲート。   31. The aptamer-nucleic acid conjugate of claim 30, wherein the complementary labeled imager strand is a complementary fluorescently labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項30又は31に記載のアプタマー−核酸コンジュゲート。   32. The aptamer-nucleic acid conjugate according to claim 30 or 31, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項32に記載のアプタマー−核酸コンジュゲート。   33. The aptamer-nucleic acid conjugate according to claim 32, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項30〜33のいずれか一項に記載のアプタマー−核酸コンジュゲート。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the complementary labeled imager strands is the other docking strands of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 34. The aptamer-nucleic acid conjugate according to any one of claims 30 to 33, which is within a thermal stability range of 5 kcal / mol. サンプル中の標的を検出する方法であって:
サンプルを(a)ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含む少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲート及び(b)前記少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
前記少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の前記標的に結合するか否かを決定するステップ
を含む、方法。
A method for detecting a target in a sample comprising:
A sample (a) at least one protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand; and (b) complementary to the docking strand of the at least one protein-nucleic acid conjugate and to the docking strand. Contacting at least one fluorescently-labeled imager strand that temporarily binds; and determining whether the at least one protein-nucleic acid conjugate binds to the target in the sample. .
前記決定するステップが、前記少なくとも1つの蛍光標識イメージャー鎖の、前記少なくとも1つのタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖への一時的な結合を画像化するステップを含む、請求項35に記載の方法。   36. The determining of claim 35, wherein the determining step comprises imaging transient binding of the at least one fluorescently labeled imager strand to the docking strand of the at least one protein-nucleic acid conjugate. Method. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項35又は36に記載の方法。   37. The method of claim 35 or 36, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項35〜38のいずれか一項に記載の方法。   39. A method according to any one of claims 35 to 38, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む、請求項39に記載の方法。   40. The method of claim 39, wherein the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin. 前記相補的な蛍光標識イメージャー鎖が、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項35〜40のいずれか一項に記載の方法。   41. The method of any one of claims 35-40, wherein the complementary fluorescently labeled imager strand comprises at least one fluorophore. 前記相補的な蛍光標識イメージャー鎖が、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項35〜41のいずれか一項に記載の方法。   42. The method of any one of claims 35 to 41, wherein the complementary fluorescently labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記相補的な蛍光標識イメージャー鎖が、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項42に記載の方法。   43. The method of claim 42, wherein the complementary fluorescently labeled imager strand is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記サンプルが細胞又は細胞溶解物である、請求項35〜43のいずれか一項に記載の方法。   44. The method of any one of claims 35 to 43, wherein the sample is a cell or cell lysate. 前記標的がタンパク質である、請求項35〜44のいずれか一項に記載の方法。   45. The method of any one of claims 35 to 44, wherein the target is a protein. 前記標的が、細胞又は細胞溶解物から得られる、請求項35〜45のいずれか一項に記載の方法。   46. The method of any one of claims 35 to 45, wherein the target is obtained from a cell or cell lysate. 前記ドッキング鎖が、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項35〜46のいずれか一項に記載の方法。   47. A method according to any one of claims 35 to 46, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項47に記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項35〜48のいずれか一項に記載の方法。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the labeled imager strands is 0.5 kcal / mol of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 49. The method according to any one of claims 35 to 48, which is within the range of the thermal stability of サンプル中の少なくとも1つの標的を検出する方法であって:
サンプルを(a)ドッキング鎖に連結されたタンパク質をそれぞれ含む少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲート及び(b)前記少なくとも2つの異なるタンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つの標的に結合するか否かを決定するステップ
を含む、方法。
A method for detecting at least one target in a sample comprising:
A sample comprising (a) at least two protein-nucleic acid conjugates each comprising a protein linked to a docking strand, and (b) complementary to the respective docking strands of the at least two different protein-nucleic acid conjugates, and Contacting at least two labeled imager strands that temporarily bind to a docking strand; and determining whether the at least two protein-nucleic acid conjugates bind to at least one target in the sample. Including a method.
前記決定するステップが、次の順序で、
前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖の1つの、前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのドッキング鎖への一時的な結合を画像化して、第1の信号の画像を形成するステップ、及び
前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖のもう1つの、前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのもう1つのドッキング鎖への一時的な結合を画像化して、少なくとも1つの別の信号の画像を形成するステップ
を含む、請求項50に記載の方法。
The determining steps are in the following order:
Imaging the temporary binding of one of the at least two labeled imager strands to the docking strand of the at least two protein-nucleic acid conjugates to form an image of a first signal; and the at least two Imaging the transient binding of one labeled imager strand to another docking strand of the at least two protein-nucleic acid conjugates to form an image of at least one other signal. 51. The method of claim 50.
前記第1の画像と前記少なくとも1つの別の画像とを組み合わせて信号の合成画像を形成するステップをさらに含み、前記合成画像の前記信号が、前記少なくとも1つの標的を表す、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, further comprising combining the first image and the at least one other image to form a composite image of the signal, wherein the signal of the composite image represents the at least one target. the method of. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項50〜52のいずれか一項に記載の方法。   53. The method according to any one of claims 50 to 52, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項53に記載の方法。   54. The method of claim 53, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項50〜54のいずれか一項に記載の方法。   55. The method according to any one of claims 50 to 54, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及びストレプトアビジンを含む、請求項55に記載の方法。   56. The method of claim 55, wherein the intervening linker comprises biotin and streptavidin. 前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖のそれぞれが、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項50〜56のいずれか一項に記載の方法。   57. The method of any one of claims 50 to 56, wherein each of the at least two labeled imager strands is a fluorescently labeled imager strand. 前記少なくとも2つの蛍光標識イメージャー鎖が、スペクトルの異なる蛍光標識イメージャー鎖である、請求項57に記載の方法。   58. The method of claim 57, wherein the at least two fluorescently labeled imager strands are fluorescently labeled imager strands having different spectra. 前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖のそれぞれが、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項57又は58に記載の方法。   59. The method of claim 57 or 58, wherein each of the at least two labeled imager strands comprises at least one fluorophore. 前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖のそれぞれが、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項50〜59のいずれか一項に記載の方法。   60. The method of any one of claims 50-59, wherein each of the at least two labeled imager strands is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記少なくとも2つの標識イメージャー鎖のそれぞれが、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項60に記載の方法。   61. The method of claim 60, wherein each of the at least two labeled imager strands is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記サンプルが細胞又は細胞溶解物である、請求項50〜61のいずれか一項に記載の方法。   62. The method according to any one of claims 50 to 61, wherein the sample is a cell or cell lysate. 前記少なくとも1つの標的がタンパク質である、請求項50〜62のいずれか一項に記載の方法。   63. The method of any one of claims 50 to 62, wherein the at least one target is a protein. 前記少なくとも1つの標的が、細胞又は細胞溶解物から得られる、請求項50〜63のいずれか一項に記載の方法。   64. The method of any one of claims 50 to 63, wherein the at least one target is obtained from a cell or cell lysate. 前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つの標的に結合するか否かを決定するステップが、前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも2つの標的に結合するか否かを決定するステップを含む、請求項50〜64のいずれか一項に記載の方法。   Determining whether the at least two protein-nucleic acid conjugates bind to at least one target in the sample comprises the step of determining whether the at least two protein-nucleic acid conjugates are at least two targets in the sample. 65. A method according to any one of claims 50 to 64, comprising the step of determining whether or not to bind. 前記ドッキング鎖が、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項50〜65のいずれか一項に記載の方法。   66. The method of any one of claims 50-65, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項66に記載の方法。   68. The method of claim 66, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項50〜67のいずれか一項に記載の方法。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the labeled imager strands is 0.5 kcal / mol of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 68. The method according to any one of claims 50 to 67, wherein the method is within the range of the thermal stability. サンプル中の少なくとも1つのタンパク質標的を検出する方法であって:
(a)サンプルを、ドッキング鎖に連結されたタンパク質をそれぞれ含む少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ及び(b)連続して前記サンプルを、前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ;並びに
前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つのタンパク質標的に結合するか否かを決定するステップ
を含む、方法。
A method for detecting at least one protein target in a sample comprising:
(A) contacting the sample with at least two protein-nucleic acid conjugates each comprising a protein linked to a docking strand; and (b) sequentially contacting the sample with each of the at least two protein-nucleic acid conjugates. Contacting at least two labeled imager strands that are complementary to and temporarily bound to the docking strands; and wherein the at least two protein-nucleic acid conjugates are at least one in the sample Determining whether it binds to a protein target.
請求項69に記載の方法であって、次の順序で:
前記サンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲート及び少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ;
前記サンプルを、前記第1のタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して第1の画像を得るステップ;
前記第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ;
前記サンプルを、前記少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップ
を含む、方法。
70. The method of claim 69, in the following order:
Contacting the sample with a first protein-nucleic acid conjugate and at least one other protein-nucleic acid conjugate;
Contacting the sample with a first labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the first protein-nucleic acid conjugate;
Imaging the sample to obtain a first image, optionally using time-lapse imaging;
Removing the first labeled imager strand;
Contacting the sample with at least one other labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one other protein-nucleic acid conjugate; and Imaging the sample to obtain at least one other image, optionally using time-lapse imaging.
請求項69に記載の方法であって、次の順序で:
前記サンプルを、第1のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ;
前記サンプルを、前記第1のタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して第1の画像を得るステップ;
前記第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ;
前記サンプルを、少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートに接触させるステップ;
前記サンプルを、前記少なくとも1つの他のタンパク質−核酸コンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップ
を含む、方法。
70. The method of claim 69, in the following order:
Contacting the sample with a first protein-nucleic acid conjugate;
Contacting the sample with a first labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the first protein-nucleic acid conjugate;
Imaging the sample to obtain a first image, optionally using time-lapse imaging;
Removing the first labeled imager strand;
Contacting the sample with at least one other protein-nucleic acid conjugate;
Contacting the sample with at least one other labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one other protein-nucleic acid conjugate; and Imaging the sample to obtain at least one other image, optionally using time-lapse imaging.
前記第1のタンパク質−DNAコンジュゲートが第1の標的に結合するか否か、及び/又は前記少なくとも1つの他のタンパク質−DNAコンジュゲートが少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップをさらに含む、請求項70又は71に記載の方法。   Determining whether the first protein-DNA conjugate binds to a first target and / or whether the at least one other protein-DNA conjugate binds to at least one other target 72. The method of claim 70 or 71, further comprising the step of: 前記第1の画像の信号に疑似カラーを割り当てるステップ、及び前記少なくとも1つの他の画像の信号に少なくとも1つの他の疑似カラーを割り当てるステップをさらに含む、請求項72に記載の方法。   73. The method of claim 72, further comprising assigning pseudo color to the signal of the first image and assigning at least one other pseudo color to the signal of the at least one other image. 前記第1の画像と前記少なくとも1つの他の画像とを組み合わせて前記疑似カラー信号の合成画像を形成するステップをさらに含み、前記合成画像の前記疑似カラー信号が、前記少なくとも2つの標的を表す、請求項73に記載の方法。   Combining the first image and the at least one other image to form a composite image of the pseudo color signal, wherein the pseudo color signal of the composite image represents the at least two targets; 74. The method of claim 73. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項69〜74のいずれか一項に記載の方法。   75. The method according to any one of claims 69 to 74, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項75に記載の方法。   76. The method of claim 75, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項69〜76のいずれか一項に記載の方法。   77. The method of any one of claims 69 to 76, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む、請求項77に記載の方法。   78. The method of claim 77, wherein the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項69〜78のいずれか一項に記載の方法。   79. A method according to any one of claims 69 to 78, wherein each of the labeled imager strands is a fluorescently labeled imager strand. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、スペクトルの異なる蛍光標識イメージャー鎖である、請求項69に記載の方法。   70. The method of claim 69, wherein each of the labeled imager strands is a fluorescently labeled imager strand having a different spectrum. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項69又は70に記載の方法。   71. The method of claim 69 or 70, wherein each of the labeled imager strands comprises at least one fluorophore. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項69〜81のいずれか一項に記載の方法。   82. The method of any one of claims 69-81, wherein each of the labeled imager strands is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項82に記載の方法。   83. The method of claim 82, wherein each of the labeled imager strands is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記サンプルが細胞又は細胞溶解物である、請求項69〜83のいずれか一項に記載の方法。   84. The method of any one of claims 69 to 83, wherein the sample is a cell or cell lysate. 前記標的がタンパク質である、請求項69〜84のいずれか一項に記載の方法。   85. The method according to any one of claims 69 to 84, wherein the target is a protein. 前記標的が、細胞又は細胞溶解物から得られる、請求項69〜85のいずれか一項に記載の方法。   86. The method according to any one of claims 69 to 85, wherein the target is obtained from a cell or cell lysate. 前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つのタンパク質標的に結合するか否かを決定する前記ステップが、前記少なくとも2つのタンパク質−核酸コンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも2つのタンパク質標的に結合するか否かを決定するステップを含む、請求項69〜86のいずれか一項に記載の方法。   Said step of determining whether said at least two protein-nucleic acid conjugates bind to at least one protein target in said sample comprises said at least two protein-nucleic acid conjugates in at least 2 in said sample; 87. The method of any one of claims 69 to 86, comprising determining whether to bind to one protein target. 前記ドッキング鎖のそれぞれが、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項69〜87のいずれか一項に記載の方法。   88. The method of any one of claims 69-87, wherein each of the docking strands comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖のそれぞれが、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項69〜88のいずれか一項に記載の方法。   89. The method of any one of claims 69 to 88, wherein each of the docking strands comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項69〜89のいずれか一項に記載の方法。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the labeled imager strands is 0.5 kcal / mol of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 90. The method according to any one of claims 69 to 89, wherein the method is within the range of thermal stability. 分子を検出する方法であって、
少なくとも1つの標的を含むサンプルを(a)ドッキング鎖に連結された結合パートナーをそれぞれ含む少なくとも1つのBP−NAコンジュゲート及び(b)前記少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
前記少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つの標的に結合するか否かを決定するステップ
を含む、方法。
A method for detecting molecules comprising:
A sample comprising at least one target (a) at least one BP-NA conjugate each comprising a binding partner linked to a docking strand; and (b) complementary to the docking strand of the at least one BP-NA conjugate. And contacting at least one labeled imager strand that temporarily binds to the docking strand; and whether the at least one BP-NA conjugate binds to at least one target in the sample Determining the method.
前記決定するステップが、前記少なくとも1つの標識イメージャー鎖の、前記少なくとも1つのBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖への一時的な結合を画像化するステップを含む、請求項91に記載の方法。   92. The method of claim 91, wherein said determining comprises imaging temporary binding of said at least one labeled imager strand to said docking strand of said at least one BP-NA conjugate. . 前記サンプルが、細胞又は細胞溶解物である、請求項91又は92に記載の方法。   93. The method of claim 91 or 92, wherein the sample is a cell or cell lysate. 前記少なくとも1つの標的が、細胞又は細胞溶解物から得られる、請求項91〜93のいずれか一項に記載の方法。   94. The method of any one of claims 91 to 93, wherein the at least one target is obtained from a cell or cell lysate. 前記標的が、天然生体分子である、請求項91〜94のいずれか一項に記載の方法。   95. The method according to any one of claims 91 to 94, wherein the target is a natural biomolecule. 前記天然生体分子がタンパク質である、請求項95に記載の方法。   96. The method of claim 95, wherein the natural biomolecule is a protein. 前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項96に記載の方法。   99. The method of claim 96, wherein the protein is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項97に記載の方法。   98. The method of claim 97, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記標的が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項91〜98のいずれか一項に記載の方法。   99. The method of any one of claims 91 to 98, wherein the target is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む、請求項99に記載の方法。   100. The method of claim 99, wherein the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin. 前記天然生体分子が核酸である、請求項95に記載の方法。   96. The method of claim 95, wherein the natural biomolecule is a nucleic acid. 前記核酸が核酸アプタマーである、請求項101に記載の方法。   102. The method of claim 101, wherein the nucleic acid is a nucleic acid aptamer. 前記標識イメージャー鎖が、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項91〜103のいずれか一項に記載の方法。   104. The method of any one of claims 91 to 103, wherein the labeled imager chain is a fluorescently labeled imager chain. 前記蛍光標識イメージャー鎖が、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項103に記載の方法。   104. The method of claim 103, wherein the fluorescently labeled imager strand comprises at least one fluorophore. 前記蛍光標識イメージャー鎖が、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項91〜104のいずれか一項に記載の方法。   105. The method of any one of claims 91 to 104, wherein the fluorescently labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記蛍光標識イメージャー鎖が、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項105に記載の方法。   106. The method of claim 105, wherein the fluorescently labeled imager strand is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記結合パートナーが、タンパク質又は核酸である、請求項91〜106のいずれか一項に記載の方法。   107. The method according to any one of claims 91 to 106, wherein the binding partner is a protein or nucleic acid. 前記ドッキング鎖が、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項91〜107のいずれか一項に記載の方法。   108. The method of any one of claims 91 to 107, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項108に記載の方法。   109. The method of claim 108, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項91〜109のいずれか一項に記載の方法。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the labeled imager strands is 0.5 kcal / mol of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 110. The method according to any one of claims 91 to 109, which is within the range of thermal stability of 天然生体分子を検出する方法であって、
少なくとも1つの標的を含むサンプルを(a)ドッキング鎖に連結された結合パートナーをそれぞれ含む少なくとも2つの異なるBP−NAコンジュゲート及び(b)前記少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも2つの標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
前記少なくとも2つのBP−NAコンジュゲートが、前記サンプル中の少なくとも1つの標的に結合するか否かを決定するステップ
を含む、方法。
A method for detecting a natural biomolecule comprising:
A sample comprising at least one target is (a) at least two different BP-NA conjugates each comprising a binding partner linked to a docking strand and (b) each docking strand of the at least two BP-NA conjugates. Contacting at least two labeled imager strands that are complementary and temporarily bind to the docking strand; and the at least two BP-NA conjugates bind to at least one target in the sample. Determining whether or not.
請求項111に記載の方法であって、次の順序で:
前記サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲート及び少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ;及び
前記サンプルを、前記第1のBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して第1の画像を得るステップ;
前記第1の蛍光標識イメージャー鎖を除去するステップ;
前記サンプルを、前記少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップ
を含む、方法。
111. The method of claim 111, in the following order:
Contacting the sample with a first BP-NA conjugate and at least one other BP-NA conjugate; and the sample complementary to the docking strand of the first BP-NA conjugate. Contacting a first labeled imager strand that is and temporarily binds to the docking strand;
Imaging the sample to obtain a first image, optionally using time-lapse imaging;
Removing the first fluorescently labeled imager strand;
Contacting the sample with at least one other labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one other BP-NA conjugate; and Imaging the sample to obtain at least one other image, optionally using time-lapse imaging.
請求項111に記載の方法であって、次の順序で:
前記サンプルを、第1のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ;
前記サンプルを、前記第1のBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する第1の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して第1の画像を得るステップ;
前記第1の標識イメージャー鎖を除去するステップ;
前記サンプルを、少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートに接触させるステップ;
前記サンプルを、前記少なくとも1つの他のBP−NAコンジュゲートの前記ドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖に接触させるステップ;及び
任意選択でタイムラプスイメージングを用いて、前記サンプルを画像化して少なくとも1つの他の画像を得るステップ
を含む、方法。
111. The method of claim 111, in the following order:
Contacting the sample with a first BP-NA conjugate;
Contacting the sample with a first labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the first BP-NA conjugate;
Imaging the sample to obtain a first image, optionally using time-lapse imaging;
Removing the first labeled imager strand;
Contacting the sample with at least one other BP-NA conjugate;
Contacting the sample with at least one other labeled imager strand that is complementary to and temporarily binds to the docking strand of the at least one other BP-NA conjugate; and Imaging the sample to obtain at least one other image, optionally using time-lapse imaging.
前記第1のタンパク質DNAコンジュゲートが第1の標的に結合するか否か、及び/又は前記少なくとも1つの他のタンパク質−DNAコンジュゲートが少なくとも1つの他の標的に結合するか否かを決定するステップをさらに含む、請求項112又は113に記載の方法。   Determining whether the first protein DNA conjugate binds to a first target and / or whether the at least one other protein-DNA conjugate binds to at least one other target; 114. The method of claim 112 or 113, further comprising a step. 前記第1の画像の信号に疑似カラーを割り当てるステップ、及び前記少なくとも1つの他の画像の信号に少なくとも1つの他の疑似カラーを割り当てるステップをさらに含む、請求項114に記載の方法。   115. The method of claim 114, further comprising assigning a pseudo color to the first image signal and assigning at least one other pseudo color to the at least one other image signal. 前記第1の画像と前記少なくとも1つの他の画像とを組み合わせて前記疑似カラー信号の合成画像を形成するステップをさらに含み、前記合成画像の前記疑似カラー信号が、前記少なくとも1つの標的を表す、請求項115に記載の方法。   Combining the first image and the at least one other image to form a composite image of the pseudo color signal, wherein the pseudo color signal of the composite image represents the at least one target; 116. The method of claim 115. 前記サンプルが、細胞又は細胞溶解物である、請求項111〜116のいずれか一項に記載の方法。   117. The method according to any one of claims 111 to 116, wherein the sample is a cell or cell lysate. 前記少なくとも1つの標的が、細胞又は細胞溶解物から得られる、請求項111〜117のいずれか一項に記載の方法。   118. The method of any one of claims 111-117, wherein the at least one target is obtained from a cell or cell lysate. 前記標的が、天然生体分子である、請求項111〜118のいずれか一項に記載の方法。   119. The method according to any one of claims 111 to 118, wherein the target is a natural biomolecule. 前記天然生体分子がタンパク質である、請求項119に記載の方法。   120. The method of claim 119, wherein the natural biomolecule is a protein. 前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項120に記載の方法。   121. The method of claim 120, wherein the protein is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項121に記載の方法。   122. The method of claim 121, wherein the antibody is a monoclonal antibody. 前記標的が、介在リンカーを介して前記ドッキング鎖に連結される、請求項111〜122のいずれか一項に記載の方法。   123. The method of any one of claims 111 to 122, wherein the target is linked to the docking strand via an intervening linker. 前記介在リンカーが、ビオチン及び/又はストレプトアビジンを含む、請求項123に記載の方法。   124. The method of claim 123, wherein the intervening linker comprises biotin and / or streptavidin. 前記天然生体分子が核酸である、請求項119に記載の方法。   120. The method of claim 119, wherein the natural biomolecule is a nucleic acid. 前記核酸が核酸アプタマーである、請求項125に記載の方法。   126. The method of claim 125, wherein the nucleic acid is a nucleic acid aptamer. 前記第1の標識イメージャー鎖が、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項111〜126のいずれか一項に記載の方法。   127. The method according to any one of claims 111 to 126, wherein the first labeled imager chain is a fluorescently labeled imager chain. 前記少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖が、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項111〜126のいずれか一項に記載の方法。   127. The method according to any one of claims 111 to 126, wherein the at least one other labeled imager strand is a fluorescently labeled imager strand. 前記第1の標識イメージャー鎖及び/又は前記少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖が、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項127又は128に記載の方法。   129. The method of claim 127 or 128, wherein the first labeled imager strand and / or the at least one other labeled imager strand comprises at least one fluorophore. 少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖が、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項111〜129のいずれか一項に記載の方法。   129. The method of any one of claims 111-129, wherein the at least one other labeled imager strand is about 4 to about 30 nucleotides in length. 少なくとも1つの他の標識イメージャー鎖が、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項130に記載の方法。   131. The method of claim 130, wherein the at least one other labeled imager strand is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記結合パートナーが、タンパク質又は核酸である、請求項111〜131のいずれか一項に記載の方法。   132. The method according to any one of claims 111 to 131, wherein the binding partner is a protein or a nucleic acid. 前記ドッキング鎖が、DNAドッキング鎖である、請求項111〜132のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 111 to 132, wherein the docking strand is a DNA docking strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも2つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項111〜133のいずれか一項に記載の方法。   134. The method of any one of claims 111-133, wherein the docking strand comprises at least two domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 前記ドッキング鎖が、少なくとも3つのドメインを含み、各ドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に結合する、請求項134に記載の方法。   135. The method of claim 134, wherein the docking strand comprises at least three domains, each domain binding to a complementary labeled imager strand. 標識イメージャー鎖に一時的に結合したドッキング鎖の熱安定性が、他のドッキング鎖であって、それらのそれぞれの標識イメージャー鎖に一時的に結合した他のドッキング鎖の0.5kcal/molの熱安定性の範囲内である、請求項111〜135のいずれか一項に記載の方法。   The thermal stability of the docking strands temporarily attached to the labeled imager strands is 0.5 kcal / mol of the other docking strands temporarily attached to their respective labeled imager strands. 138. The method of any one of claims 111 to 135, which is within the range of thermal stability of 試験サンプル中の標的の数を決定する方法であって:
標識イメージャー鎖に直接又は間接的に一時的に結合する標的を含むサンプルを得るステップ;
前記サンプルのタイムラプス画像を得るステップ;
前記画像に対してスポット検出及び局在化を行って前記サンプルの高解像度画像を得るステップ;
on・cimagerを較正するステップであって、konが二次会合定数であり、かつcimagerが前記試験サンプル中の標識イメージャー鎖の濃度である、ステップ;
変数τを決定するステップ;及び
式、試験標的の数=(kon・cimager・τ−1に基づいて、前記サンプル中の試験標的の数を決定するステップ
を含む、方法。
A method for determining the number of targets in a test sample comprising:
Obtaining a sample comprising a target that temporarily binds directly or indirectly to the labeled imager strand;
Obtaining a time-lapse image of the sample;
Performing spot detection and localization on the image to obtain a high resolution image of the sample;
calibrating k on · c imager , wherein k on is the secondary association constant and c imager is the concentration of labeled imager strand in the test sample;
Determining a variable τ d ; and determining the number of test targets in the sample based on the formula: number of test targets = (k on · c imager · τ d ) −1 .
前記試験標的がタンパク質標的である、請求項137に記載の方法。   138. The method of claim 137, wherein the test target is a protein target. 前記タンパク質標的が、ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲートに結合し、及び前記標識イメージャー鎖が、前記タンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する、請求項138に記載の方法。   The protein target binds to a protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand, and the labeled imager strand is complementary to the respective docking strand of the protein-nucleic acid conjugate; and 138. The method of claim 138, wherein the method temporarily binds to the docking strand. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項139に記載の方法。   140. The method of claim 139, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記試験標的が一本鎖核酸である、請求項137に記載の方法。   138. The method of claim 137, wherein the test target is a single stranded nucleic acid. 前記一本鎖核酸が、DNA又はRNAである、請求項141に記載の方法。   142. The method of claim 141, wherein the single stranded nucleic acid is DNA or RNA. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項137〜142のいずれか一項に記載の方法。   143. A method according to any one of claims 137 to 142, wherein each of the labeled imager strands is a fluorescently labeled imager strand. 前記蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれが、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項137〜143のいずれか一項に記載の方法。   145. The method of any one of claims 137-143, wherein each of the fluorescently labeled imager strands includes at least one fluorophore. 前記蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれが、約3〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項137〜144のいずれか一項に記載の方法。   145. The method of any one of claims 137-144, wherein each of the fluorescently labeled imager strands is about 3 to about 30 nucleotides in length. 前記蛍光標識イメージャー鎖のそれぞれが、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項144に記載の方法。   145. The method of claim 144, wherein each of the fluorescently labeled imager strands is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記タイムラプス画像が、約24分の期間に亘って得られる、請求項137〜146のいずれか一項に記載の方法。   147. The method of any one of claims 137 to 146, wherein the time lapse image is obtained over a period of about 24 minutes. 前記タイムラプス画像が、タイムラプス回折限界蛍光画像である、請求項137〜147のいずれか一項に記載の方法。   148. The method according to any one of claims 137 to 147, wherein the time lapse image is a time lapse diffraction limited fluorescence image. 前記画像に対して局在化を行う前記ステップが、前記画像に対してガウスフィッティングを行うステップを含む、請求項137〜148のいずれか一項に記載の方法。   149. The method according to any one of claims 137 to 148, wherein the step of performing localization on the image includes performing Gaussian fitting on the image. on・cimagerを較正する前記ステップが、既知の数の標的を含む対照サンプルを用いてkon・cimagerを較正するステップを含む、請求項137〜149のいずれか一項に記載の方法。 wherein said step of calibrating the k on · c imager comprises the step of calibrating the k on · c imager with control samples containing known number of target A method according to any one of claims 137 to 149 . 変数τを決定する前記ステップが、信号OFF時間分布を累積分布関数にフィッティングすることによって変数τを決定するステップを含む、請求項137〜150のいずれか一項に記載の方法。 Wherein said step of determining the variable tau d comprises determining a variable tau d by fitting the signal OFF time distribution the cumulative distribution function A method according to any one of claims 137-150. 前記試験標的の数が、90%を超える精度で決定される、請求項137〜151のいずれか一項に記載の方法。   152. The method according to any one of claims 137 to 151, wherein the number of test targets is determined with an accuracy greater than 90%. 試験サンプル中の標的の相対量を決定する方法であって:
標識イメージャー鎖に直接又は間接的に一時的に結合する標的を含むサンプルを得るステップ;
前記サンプルのタイムラプス画像を得るステップ;
前記画像に対してスポット検出及び局在化を行って前記サンプルの高解像度画像を得るステップ;
変数τを決定するステップ;及び
τに基づいて、前記サンプル中の2つ以上の試験標的の相対量を決定するステップ
を含む、方法。
A method for determining the relative amount of a target in a test sample comprising:
Obtaining a sample comprising a target that temporarily binds directly or indirectly to the labeled imager strand;
Obtaining a time-lapse image of the sample;
Performing spot detection and localization on the image to obtain a high resolution image of the sample;
Determining a variable τ d ; and determining a relative amount of two or more test targets in the sample based on τ d .
前記試験標的がタンパク質標的である、請求項153に記載の方法。   154. The method of claim 153, wherein the test target is a protein target. 前記タンパク質標的が、ドッキング鎖に連結されたタンパク質を含むタンパク質−核酸コンジュゲートに結合し、及び前記標識イメージャー鎖が、前記タンパク質−核酸コンジュゲートのそれぞれのドッキング鎖に相補的であり、かつ前記ドッキング鎖に一時的に結合する、請求項154に記載の方法。   The protein target binds to a protein-nucleic acid conjugate comprising a protein linked to a docking strand, and the labeled imager strand is complementary to the respective docking strand of the protein-nucleic acid conjugate; and 155. The method of claim 154, wherein the method is temporarily associated with a docking strand. 前記タンパク質−核酸コンジュゲートの前記タンパク質が、抗体、抗原結合抗体断片、又はペプチドアプタマーである、請求項155に記載の方法。   165. The method of claim 155, wherein the protein of the protein-nucleic acid conjugate is an antibody, an antigen-binding antibody fragment, or a peptide aptamer. 前記試験標的が一本鎖核酸である、請求項153に記載の方法。   154. The method of claim 153, wherein the test target is a single stranded nucleic acid. 前記一本鎖核酸が、DNA又はRNAである、請求項157に記載の方法。   158. The method of claim 157, wherein the single stranded nucleic acid is DNA or RNA. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、蛍光標識イメージャー鎖である、請求項153〜158のいずれか一項に記載の方法。   159. The method of any one of claims 153 to 158, wherein each of the labeled imager strands is a fluorescently labeled imager strand. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、少なくとも1つのフルオロフォアを含む、請求項159に記載の方法。   160. The method of claim 159, wherein each of the labeled imager strands comprises at least one fluorophore. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、約4〜約30ヌクレオチドの長さである、請求項153〜160のいずれか一項に記載の方法。   161. The method of any one of claims 153-160, wherein each of the labeled imager strands is about 4 to about 30 nucleotides in length. 前記標識イメージャー鎖のそれぞれが、約8〜約10ヌクレオチドの長さである、請求項161に記載の方法。   164. The method of claim 161, wherein each of the labeled imager strands is about 8 to about 10 nucleotides in length. 前記タイムラプス画像が、約25分の期間に亘って得られる、請求項153〜162のいずれか一項に記載の方法。   163. The method according to any one of claims 153 to 162, wherein the time lapse image is obtained over a period of about 25 minutes. 前記タイムラプス画像が、タイムラプス回折限界蛍光画像である、請求項153〜163のいずれか一項に記載の方法。   164. The method according to any one of claims 153 to 163, wherein the time lapse image is a time lapse diffraction limited fluorescence image. 前記画像に対して局在化を行う前記ステップが、前記画像に対してガウスフィッティングを行うステップを含む、請求項153〜164のいずれか一項に記載の方法。   165. The method according to any one of claims 153 to 164, wherein the step of performing localization on the image includes performing Gaussian fitting on the image. 変数τを決定する前記ステップが、信号OFF時間分布を累積分布関数にフィッティングすることによって変数τを決定するステップを含む、請求項153〜165のいずれか一項に記載の方法。 Wherein said step of determining the variable tau d comprises determining a variable tau d by fitting the signal OFF time distribution the cumulative distribution function A method according to any one of claims 153-165. 前記試験標的の数が、90%を超える精度で決定される、請求項153〜166のいずれか一項に記載の方法。   173. The method of any one of claims 153 to 166, wherein the number of test targets is determined with an accuracy greater than 90%. 約4〜30ヌクレオチドの長さの少なくとも1つの標識イメージャー鎖に相補的な少なくとも1つのサブドメインを含むドッキングドメインに連結された約20ヌクレオチドの長さの標的結合ドメインを含む一本鎖DNAプローブであって、前記標的結合ドメインが、一本鎖mRNA標的鎖の相補的なドメインに結合する、一本鎖DNAプローブ。   A single-stranded DNA probe comprising a target binding domain of about 20 nucleotides in length linked to a docking domain comprising at least one subdomain complementary to at least one labeled imager strand of about 4-30 nucleotides in length A single stranded DNA probe, wherein the target binding domain binds to a complementary domain of a single stranded mRNA target strand. 前記少なくとも1つのサブドメインが、前記少なくとも1つの標識イメージャー鎖に一時的に結合する、請求項168に記載の一本鎖DNAプローブ。   169. The single stranded DNA probe of claim 168, wherein said at least one subdomain temporarily binds to said at least one labeled imager strand. 前記少なくとも1つの標識イメージャー鎖が蛍光標識されている、請求項169に記載の一本鎖DNAプローブ。   169. The single stranded DNA probe of claim 169, wherein said at least one labeled imager strand is fluorescently labeled. 前記少なくとも1つの標識イメージャー鎖がフルオロフォアを含む、請求項170に記載の一本鎖DNAプローブ。   171. The single stranded DNA probe of claim 170, wherein said at least one labeled imager strand comprises a fluorophore. 前記ドッキングドメインが、少なくとも2つのサブドメインを含み、前記少なくとも2つのサブドメインが、約4〜30ヌクレオチドの長さの少なくとも2つの標識イメージャー鎖にそれぞれ相補的である、請求項168に記載の一本鎖DNAプローブ。   169. The docking domain comprises at least two subdomains, wherein the at least two subdomains are each complementary to at least two labeled imager strands of about 4-30 nucleotides in length. Single-stranded DNA probe. 前記少なくとも2つのサブドメインが、約8〜10ヌクレオチドの長さの少なくとも2つの標識イメージャー鎖にそれぞれ相補的である、請求項172に記載の一本鎖DNAプローブ。   173. The single stranded DNA probe of claim 172, wherein said at least two subdomains are each complementary to at least two labeled imager strands of about 8-10 nucleotides in length. 前記少なくとも2つのサブドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合する、請求項172又は173に記載の一本鎖DNAプローブ。   174. The single stranded DNA probe of claim 172 or 173, wherein said at least two subdomains each temporarily bind to a complementary labeled imager strand. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖が、異なるように標識されたイメージャー鎖である、請求項172〜174のいずれか一項に記載の一本鎖DNAプローブ。   175. The single-stranded DNA probe according to any one of claims 172 to 174, wherein the complementary labeled imager strands are differently labeled imager strands. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖が、それぞれ相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項172〜175のいずれか一項に記載の一本鎖DNAプローブ。   176. The single stranded DNA probe according to any one of claims 172 to 175, wherein the complementary labeled imager strands are complementary fluorescent labeled imager strands. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖がそれぞれフルオロフォアを含む、請求項176に記載の一本鎖DNAプローブ。   177. The single stranded DNA probe of claim 176, wherein each of said complementary labeled imager strands each comprises a fluorophore. 前記ドッキングドメインが、少なくとも3つのサブドメインを含み、前記少なくとも3つのサブドメインが、約4〜30ヌクレオチドの長さの少なくとも3つの標識イメージャー鎖にそれぞれ相補的である、請求項168に記載の一本鎖DNAプローブ。   169. The docking domain comprises at least three subdomains, wherein the at least three subdomains are each complementary to at least three labeled imager strands of about 4-30 nucleotides in length. Single-stranded DNA probe. 前記少なくとも3つのサブドメインが、それぞれ相補的な標識イメージャー鎖に一時的に結合する、請求項178に記載の一本鎖DNAプローブ。   179. The single stranded DNA probe of claim 178, wherein said at least three subdomains each temporarily bind to a complementary labeled imager strand. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖が、異なるように標識されたイメージャー鎖である、請求項179に記載の一本鎖DNAプローブ。   179. The single stranded DNA probe of claim 179, wherein each complementary labeled imager strand is an imager strand labeled differently. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖が、それぞれ相補的な蛍光標識イメージャー鎖である、請求項179又は180に記載の一本鎖DNAプローブ。   181. The single stranded DNA probe of claim 179 or 180, wherein each of the complementary labeled imager strands is a complementary fluorescently labeled imager strand. 前記それぞれ相補的な標識イメージャー鎖がそれぞれ、フルオロフォアを含む、請求項180又は181に記載の一本鎖DNAプローブ。   181. A single stranded DNA probe according to claim 180 or 181 wherein each of the respective complementary labeled imager strands comprises a fluorophore. 前記約20ヌクレオチドの長さの標的結合ドメインが、その3’末端でドッキングドメインに連結される、請求項168〜182のいずれか一項に記載の一本鎖DNAプローブ。   183. The single stranded DNA probe of any one of claims 168-182, wherein the approximately 20 nucleotides long target binding domain is linked to a docking domain at its 3 'end. 前記約20ヌクレオチドの長さの標的結合ドメインが、その5’末端でドッキングドメインに連結される、請求項168〜182のいずれか一項に記載の一本鎖DNAプローブ。   183. The single stranded DNA probe of any one of claims 168-182, wherein the approximately 20 nucleotides long target binding domain is linked to a docking domain at its 5 'end. 複数の画像のドリフト補正を行う方法であって、前記複数の画像のそれぞれが、時系列の画像のフレームを含み、前記時系列の画像が、複数の一時的な事象を捉え、前記方法が:
前記複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、前記時系列の画像に対する前記画像における物体の動きに一致する、ステップ;
少なくとも1つのコンピュータプロセッサを用いて、前記複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの時間トレースに少なくとも部分的に基づいて、前記複数のドリフトマーカーの前記少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ;
前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、前記複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、前記ドリフト鋳型における一時的な事象の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的な関係を示す、ステップ;
前記複数のドリフト鋳型の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ;
前記第1のドリフト補正及び前記第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップ;及び
前記補正された複数の画像に基づいて最終画像を出力するステップ
を含む、方法。
A method of correcting drift of a plurality of images, each of the plurality of images including a frame of a time series image, wherein the time series image captures a plurality of temporal events, the method comprising:
Determining a time trace of each of the plurality of drift markers identified in the plurality of images, wherein the time trace of each drift marker matches a motion of an object in the image relative to the time-series image. ;
Determining the at least one first drift correction of the plurality of drift markers based at least in part on at least one time trace of the plurality of drift markers using at least one computer processor;
Determining a respective time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from the plurality of images, wherein each drift template in the plurality of drift templates is the drift Indicating a geometric relationship between the plurality of geometrically addressable marker sites of a transient event in a template;
Determining a second drift correction based at least in part on a time trace of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates;
Correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction; and outputting a final image based on the corrected plurality of images. .
前記複数の画像のそれぞれにおける複数の局在化を特定するステップ;
前記複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップ;及び
前記2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて前記複数のドリフトマーカーの位置を特定するステップ
をさらに含み、
前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記時間トレースを決定するステップが、前記複数のドリフトマーカーの前記位置に少なくとも部分的に基づいて前記時間トレースを決定するステップを含む、請求項185に記載の方法。
Identifying a plurality of localizations in each of the plurality of images;
Creating a plurality of localization two-dimensional histograms; and locating the plurality of drift markers based at least in part on the two-dimensional histograms;
186. The method of claim 185, wherein determining the time trace for each of the plurality of drift markers includes determining the time trace based at least in part on the position of the plurality of drift markers.
複数の局在化を特定するステップが:
前記複数の画像のそれぞれに対して複数のスポットを特定するステップ;及び
局所ガウスフィッティングアルゴリズムを用いて、前記複数のスポットのそれぞれの近似中心位置を決定するステップ
を含み、
前記複数の局在化のそれぞれが、画像で特定された前記スポット及びその関連する近似中心位置を含む、請求項186に記載の方法。
The steps to identify multiple localizations are:
Identifying a plurality of spots for each of the plurality of images; and determining an approximate center position of each of the plurality of spots using a local Gaussian fitting algorithm;
187. The method of claim 186, wherein each of the plurality of localizations includes the spot identified in an image and its associated approximate center location.
前記複数の局在化のそれぞれが、前記局在化に一致する検出された光子カウントをさらに含む、請求項187に記載の方法。   188. The method of claim 187, wherein each of the plurality of localizations further comprises a detected photon count that matches the localization. 前記複数の局在化の前記2次元ヒストグラムを作成するステップが、全ての局在化を2次元格子にビニングするステップ、及び各ビンにおける局在化の総数をヒストグラムカウントとして使用するステップを含む、請求項186に記載の方法。   Creating the two-dimensional histogram of the plurality of localizations includes binning all localizations into a two-dimensional grid and using the total number of localizations in each bin as a histogram count; 187. The method of claim 186. 前記複数の局在化の前記2次元ヒストグラムを作成するステップが、全ての局在化を2次元格子にビニングするステップ、及び各ビンにおける前記複数の局在化の光子カウントの総数をヒストグラムカウントとして使用するステップを含む、請求項186に記載の方法。   Creating the two-dimensional histogram of the plurality of localizations comprises binning all the localizations into a two-dimensional lattice, and the total number of the plurality of localization photons in each bin as a histogram count 187. The method of claim 186, comprising the step of using. 前記2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて前記複数のドリフトマーカーの位置を特定するステップが:
1つ以上の選択基準を用いて前記2次元ヒストグラムを2値化するステップであって、前記1つ以上の選択基準が、ヒストグラム値の下限閾値又はヒストグラム値の上限閾値を含む、ステップ;
2値化画像を区分に分割し、かつ前記区分を1つ以上の選択基準に基づいてフィルタリングするステップであって、前記1つ以上の選択基準が、区画領域のうちの領域の下限閾値、前記領域の上限閾値、最も長い区画の最も長い又は最も短い線寸法の下限又は上限、及び区画の偏心の下限又は上限の1つ以上を含む、ステップ;及び
1つ以上の2値画像操作を用いて前記2値化画像を膨張及び収縮させるステップであって、前記1つ以上の2値画像操作が、膨張、退縮、ブリッジ、接続、切断、塗りつぶし、除去、トップハット、ボトムハット、太線化、及び細線化などの1つ以上を含む、ステップ
の少なくとも1つを含む、請求項186に記載の方法。
Locating the plurality of drift markers based at least in part on the two-dimensional histogram comprises:
Binarizing the two-dimensional histogram using one or more selection criteria, wherein the one or more selection criteria includes a lower threshold of histogram values or an upper threshold of histogram values;
Dividing the binarized image into sections and filtering the sections based on one or more selection criteria, wherein the one or more selection criteria includes a lower threshold of a region of the partitioned regions; Using one or more of an upper threshold for the region, a lower or upper limit for the longest or shortest line size of the longest section, and a lower or upper limit for the section eccentricity; and using one or more binary image operations Expanding and contracting the binary image, wherein the one or more binary image operations include expansion, retraction, bridging, connecting, cutting, filling, removing, top hat, bottom hat, thickening, and 187. The method of claim 186, comprising at least one of the steps including one or more such as thinning.
前記複数のドリフトマーカーの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第1のドリフト補正を決定するステップが:
前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの相対時間トレースを決定するステップであって、前記相対時間トレースが、前記ドリフトマーカーの前記時間トレースと同じトレースの平均位置とを比較することによって決定される、ステップ;及び
前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースに基づいて組み合わせ時間トレースを決定するステップ
を含み、
前記複数のドリフトマーカーの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第1のドリフト補正を決定するステップが、前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第1のドリフト補正を決定するステップを含む、請求項185に記載の方法。
Determining a first drift correction based at least in part on the time trace of the plurality of drift markers:
Determining a relative time trace for each of the plurality of drift markers, wherein the relative time trace is determined by comparing an average position of the same trace with the time trace of the drift marker; And determining a combined time trace based on the relative time trace of each of the plurality of drift markers;
Determining the first drift correction based at least in part on the time trace of the plurality of drift markers includes the first based on at least part of the relative time trace of each of the plurality of drift markers. 186. The method of claim 185, comprising determining a drift correction for
前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第1のドリフト補正を決定するステップが、前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースの重み付き平均を行うステップを含む、請求項192に記載の方法。   Determining the first drift correction based at least in part on the relative time trace of each of the plurality of drift markers performs a weighted average of the relative time trace of each of the plurality of drift markers. 193. The method of claim 192, comprising: 前記重み付き平均を行うステップが:
前記相対時間トレースのそれぞれの品質スコアを決定するステップであって、前記品質スコアが、前記時間トレースに関連した時間による変動の指標及び/又は前記時間トレース内の個々の局在化の局在化不確実性の指標に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップ
を含む、請求項193に記載の方法。
The step of performing the weighted average includes:
Determining a quality score for each of the relative time traces, wherein the quality score is a measure of time variation associated with the time trace and / or localization of individual localizations within the time trace. 194. The method of claim 193, comprising the step of being determined based at least in part on an indicator of uncertainty.
前記時間による変動の指標が、時間による前記時間トレースの標準偏差を含む、請求項194に記載の方法。   195. The method of claim 194, wherein the indicator of variation over time comprises a standard deviation of the time trace over time. 前記個々の局在化の局在化不確実性の指標が、ガウスフィッティングによる不確実性の推定値又は他の同時局在化との比較を少なくとも部分的に含み、前記他の同時局在化が、同じ画像内から、及び前記複数のドリフトマーカーからの他の時間トレースからであり、前記比較が、全ての同時局在化の平均及び標準偏差を含む、請求項194に記載の方法。   The local localization uncertainty indicator of said individual localization comprises at least partly an estimate of uncertainty by Gaussian fitting or a comparison with other co-localizations, said other co-localizations 195. From the same image and from other time traces from the plurality of drift markers, and wherein the comparison includes the mean and standard deviation of all co-localizations. 前記複数のドリフトマーカーの第1のドリフトマーカーが、前記時系列の画像の少なくとも1つのフレームに存在しないことを決定するステップ;及び
前記少なくとも1つのフレームの前記第1のドリフトマーカーの前記時間トレースを線形内挿して、前記第1のドリフトマーカーの平滑化時間トレースを作成するステップ
をさらに含む、請求項185に記載の方法。
Determining that a first drift marker of the plurality of drift markers is not present in at least one frame of the time-series image; and the time trace of the first drift marker of the at least one frame; 186. The method of claim 185, further comprising linearly interpolating to create a smoothed time trace of the first drift marker.
前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップが:
前記複数の画像のそれぞれにおける複数の局在化を特定するステップ;
前記複数の局在化の2次元ヒストグラムを作成するステップ;及び
前記2次元ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて前記複数のドリフト鋳型を特定するステップ
を含み、
前記複数のドリフト鋳型を特定するステップが、ヒストグラムカウントの下限閾値及び/又は上限閾値を用いて前記2次元ヒストグラムを評価するステップを含む、請求項185に記載の方法。
Determining respective time traces of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from the plurality of images:
Identifying a plurality of localizations in each of the plurality of images;
Creating a plurality of localized two-dimensional histograms; and identifying the plurality of drift templates based at least in part on the two-dimensional histograms;
186. The method of claim 185, wherein identifying the plurality of drift templates comprises evaluating the two-dimensional histogram using a lower threshold and / or an upper threshold of a histogram count.
前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップが、前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップを含み、前記第2のドリフト補正を決定するステップが、前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の前記複数のマーカー部位のそれぞれの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第2のドリフト補正を決定するステップを含む、請求項185に記載の方法。   Determining a time trace of each of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from the plurality of images comprises a plurality of geometrics in each of the plurality of drift templates; Determining a time trace of each of the plurality of marker sites in each of the plurality of drift templates. 186. The method of claim 185, comprising determining the second drift correction based at least in part on a trace. 前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第2のドリフト補正を決定するステップが:
前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位を特定するステップ;及び
前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの複数の幾何学的にアドレス可能なマーカーのそれぞれの相対時間トレースを決定するステップ
を含み、
前記複数のドリフト鋳型の前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第2のドリフト補正を決定するステップが、前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第2のドリフト補正を決定するステップ
を含む、請求項185に記載の方法。
Determining the second drift correction based at least in part on the time trace of each of the plurality of geometrically addressable marker sites of each of the plurality of drift templates:
Identifying a plurality of geometrically addressable marker sites within each of the plurality of drift templates; and a relative time of each of the plurality of geometrically addressable markers of each of the plurality of drift templates Including determining a trace;
Determining the second drift correction based at least in part on the time traces of the plurality of drift templates includes the relative time trace of each of the plurality of drift markers in each of the plurality of drift templates. 186. The method of claim 185, comprising determining the second drift correction based at least in part on
前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位を特定するステップが、前記対応するドリフト鋳型における前記複数の局在化の2次元ヒストグラム及び/又は1つ以上の選択基準に少なくとも部分的に基づいて複数のマーカー部位を決定するステップを含み、前記1つ以上の選択基準が、局在化の総数、局在化の表面密度、及び局在化の標準偏差の1つ以上を含む、請求項200に記載の方法。   Identifying a plurality of geometrically addressable marker sites for each of the plurality of drift templates includes a two-dimensional histogram of the plurality of localizations and / or one or more selection criteria in the corresponding drift template. Determining a plurality of marker sites based at least in part, wherein the one or more selection criteria is one of a total number of localization, a surface density of localization, and a standard deviation of localization 200. The method of claim 200, comprising the above. 前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの中の前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記第2のドリフト補正を決定するステップが、前記ドリフト鋳型のそれぞれの中の前記複数のドリフトマーカーのそれぞれの前記相対時間トレースの重み付き平均を行うステップを含む、請求項200に記載の方法。   Determining the second drift correction based at least in part on the relative time trace of each of the plurality of drift markers in each of the plurality of drift templates, 212. The method of claim 200, comprising performing a weighted average of the relative time traces of each of a plurality of drift markers. 前記重み付き平均を行うステップが:
前記相対時間トレースのそれぞれの品質スコアを決定するステップであって、前記品質スコアが、前記時間トレースに関連した時間による変数の指標及び/又は前記時間トレース内の局在化不確実性の指標に少なくとも部分的に基づいて決定される、ステップ
を含む、請求項202に記載の方法。
The step of performing the weighted average includes:
Determining a quality score for each of the relative time traces, wherein the quality score is an indicator of a time variable associated with the time trace and / or an indicator of localization uncertainty within the time trace. 223. The method of claim 202, comprising the step of being determined based at least in part.
前記時間による変動の指標が、時間による前記時間トレースの標準偏差を含む、請求項203に記載の方法。   204. The method of claim 203, wherein the indicator of variation over time comprises a standard deviation of the time trace over time. 前記個々の局在化の局在化不確実性の指標が、ガウスフィッティングによる不確実性の推定値又は他の同時局在化との比較を含み、前記他の同時局在化が、同じ画像内から、及び前記複数のドリフト鋳型の前記複数のマーカー部位の他の時間トレースからであり、前記比較が、全ての同時局在化の平均及び標準偏差を含む、請求項203に記載の方法。   The localization uncertainty indicator of the individual localization includes an estimate of uncertainty due to Gaussian fitting or a comparison with other co-localizations, where the other co-localizations are the same image 204. The method of claim 203, from within and from other time traces of the plurality of marker sites of the plurality of drift templates, wherein the comparison includes the mean and standard deviation of all co-localizations. 前記第1のドリフト補正及び前記第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップが、前記第1のドリフト補正を用いて前記複数の画像を補正して、第1の補正された複数の画像を得るステップを含み、前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型のそれぞれの時間トレースを決定するステップが、前記第1の補正された複数の画像から特定された前記複数のドリフト鋳型のそれぞれの時間トレースを決定するステップを含む、請求項185に記載の方法。   The step of correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction corrects the plurality of images using the first drift correction, Obtaining a plurality of corrected images, wherein determining a time trace of each of a plurality of drift templates identified from the plurality of images is identified from the first corrected plurality of images. 186. The method of claim 185, comprising determining a time trace for each of the plurality of drift templates. 前記第1のドリフト補正を用いて、前記複数の画像を補正するステップの前に前記第1のドリフト補正を平滑化するステップをさらに含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, further comprising smoothing the first drift correction before correcting the plurality of images using the first drift correction. 前記第1のドリフト補正を平滑化するステップが、前記第1のドリフト補正の特徴的なドリフト時間スケールによって決定されるウィンドウを用いる局所回帰法を使用して、前記第1のドリフト補正を処理するステップを含む、請求項207に記載の方法。   Smoothing the first drift correction processes the first drift correction using a local regression method using a window determined by a characteristic drift time scale of the first drift correction. 207. The method of claim 207, comprising steps. 前記第2のドリフト補正を用いて、前記複数の画像を補正するステップの前に前記第2のドリフト補正を平滑化するステップをさらに含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, further comprising smoothing the second drift correction prior to correcting the plurality of images using the second drift correction. 前記第2のドリフト補正を平滑化するステップが、前記第2のドリフト補正の特徴的なドリフト時間スケールによって決定されるウィンドウを用いる局所回帰法を使用して、前記第2のドリフト補正を処理するステップを含む、請求項209に記載の方法。   Smoothing the second drift correction processes the second drift correction using a local regression method using a window determined by a characteristic drift time scale of the second drift correction. 209. The method of claim 209, comprising steps. 前記複数のドリフトマーカーの単一ドリフトマーカーを選択するステップ;及び
前記選択された単一ドリフトマーカーに少なくとも部分的に基づいて第3のドリフト補正を決定するステップ
をさらに含み、
前記複数の画像を補正するステップが、前記第3のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップを含む、請求項185に記載の方法。
Selecting a single drift marker of the plurality of drift markers; and determining a third drift correction based at least in part on the selected single drift marker;
186. The method of claim 185, wherein correcting the plurality of images includes correcting the plurality of images based at least in part on the third drift correction.
前記第3のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップが、前記第1のドリフト補正及び前記第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップの前に行われる、請求項211に記載の方法。   Correcting the plurality of images based at least in part on the third drift correction corrects the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction. 220. The method of claim 211, performed before the step. 前記複数のフレームの第1の画像における第1の複数の点の位置を特定するステップ;
前記複数の画像の第2の画像における第2の複数の点の位置を特定するステップであって、前記第2の画像が、前記時系列の画像における前記第1の画像の隣接フレームに一致する、ステップ;及び
前記第1の複数の点の前記位置と前記第2の複数の点の前記位置との間の差異に少なくとも部分的に基づいて第4のドリフト補正を決定するステップ
をさらに含み、
前記複数の画像を補正するステップが、前記第4のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップを含む、請求項185又は211に記載の方法。
Locating a first plurality of points in a first image of the plurality of frames;
Identifying a position of a second plurality of points in a second image of the plurality of images, wherein the second image matches an adjacent frame of the first image in the time-series image. And determining a fourth drift correction based at least in part on the difference between the position of the first plurality of points and the position of the second plurality of points;
232. The method of claim 185 or 211, wherein correcting the plurality of images comprises correcting the plurality of images based at least in part on the fourth drift correction.
前記第2の画像が、前記時系列の画像における前記第1の画像に一致するフレームの直後のフレームに一致する、請求項213に記載の方法。   213. The method of claim 213, wherein the second image matches a frame immediately following a frame that matches the first image in the time series image. 前記第1の複数の点の前記位置と前記第2の複数の点の前記位置との間の差異に少なくとも部分的に基づいて前記第4のドリフト補正を決定するステップが:
前記第1の複数の点の前記位置と前記第2の複数の点の前記位置との間の距離のヒストグラムを作成するステップ;
前記ヒストグラムに少なくとも部分的に基づいて、同じ一時的な事象に一致する前記第1の画像と前記第2の画像との間の点の対を決定するステップ;及び
前記決定された点の対のそれぞれの間の位置のオフセットを決定するステップ
を含み、
前記第4のドリフト補正を決定するステップが、前記決定された点の対のそれぞれの前記位置のオフセットのベクトル平均に基づいている、請求項213に記載の方法。
Determining the fourth drift correction based at least in part on the difference between the position of the first plurality of points and the position of the second plurality of points:
Creating a histogram of distances between the position of the first plurality of points and the position of the second plurality of points;
Determining a pair of points between the first image and the second image that match the same temporal event based at least in part on the histogram; and Determining a position offset between each;
213. The method of claim 213, wherein determining the fourth drift correction is based on a vector average of the position offsets of each of the determined point pairs.
前記複数の画像が、DNAベースの画像に一致し、前記複数の一時的な事象が、イメージング鎖とDNAドッキング鎖との間の結合事象である、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein the plurality of images match a DNA-based image and the plurality of transient events are binding events between an imaging strand and a DNA docking strand. 前記イメージング鎖が、前記DNAドッキング鎖に会合すると蛍光を発するように構成された蛍光イメージングプローブである、請求項216に記載の方法。   227. The method of claim 216, wherein the imaging strand is a fluorescent imaging probe configured to fluoresce when associated with the DNA docking strand. 前記ドリフトマーカーの少なくとも1つが、DNAベースのナノ構造である、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein at least one of the drift markers is a DNA-based nanostructure. 前記DNAベースのナノ構造が、ドッキング鎖を備えるDNA折り紙ナノ構造である、請求項218に記載の方法。   219. The method of claim 218, wherein the DNA-based nanostructure is a DNA origami nanostructure comprising a docking strand. 前記ドリフト鋳型の少なくとも1つが、DNAベースのナノ構造である、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein at least one of the drift templates is a DNA-based nanostructure. 前記DNAベースのナノ構造が、ドッキング鎖を備えるDNA折り紙ナノ構造である、請求項220に記載の方法。   223. The method of claim 220, wherein the DNA-based nanostructure is a DNA origami nanostructure comprising docking strands. 前記ドリフト鋳型の少なくとも1つが、3次元ドリフト鋳型である、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein at least one of the drift templates is a three-dimensional drift template. 前記3次元ドリフト鋳型が4面体である、請求項222に記載の方法。   223. The method of claim 222, wherein the three-dimensional drift template is a tetrahedron. 前記ドリフト鋳型の少なくとも1つが、異なるタイプの一時的な事象に一致する複数の色を含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein at least one of the drift templates includes a plurality of colors that match different types of transient events. 前記異なるタイプの一時的な事象が、第1のイメージング鎖の第1のタイプのDNAドッキング鎖への第1の結合事象、及び第2のイメージング鎖の第2のタイプのDNAドッキング鎖への第2の結合事象を含む、請求項224に記載の方法。   The different types of transient events include a first binding event of the first imaging strand to the first type of DNA docking strand and a second imaging strand of the second imaging strand to the second type of DNA docking strand. 224. The method of claim 224, comprising two binding events. 前記最終画像を出力するステップが、前記最終画像をディスプレイに表示するステップを含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein outputting the final image includes displaying the final image on a display. 前記最終画像を出力するステップが、前記最終画像を少なくとも1つのネットワークを介してコンピュータに送信するステップを含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein outputting the final image comprises transmitting the final image to a computer via at least one network. 前記最終画像を出力するステップが、前記最終画像を少なくとも1つの記憶装置に保存するステップを含む、請求項185に記載の方法。   186. The method of claim 185, wherein outputting the final image comprises storing the final image in at least one storage device. 少なくとも1つのコンピュータプロセッサによって実行されると、複数の画像のドリフト補正を行う方法を実施する、複数の命令で符号化された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記複数の画像のそれぞれが、時系列の画像のフレームを含み、前記時系列の画像が、複数の一時的な事象を捉え、前記方法が:
前記複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、前記時系列の画像に対する前記画像における物体の動きに一致する、ステップ;
前記複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ;
前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、前記複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、前記ドリフト鋳型における一時的な事象の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的関係を示す、ステップ;
前記複数のドリフト鋳型の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ;
前記第1のドリフト補正及び前記第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップ;及び
前記補正された複数の画像に基づいて最終画像を出力するステップ
を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。
A non-transitory computer readable medium encoded with a plurality of instructions that, when executed by at least one computer processor, implements a method for drift correction of a plurality of images, each of the plurality of images being Including a frame of a time-series image, the time-series image capturing a plurality of temporal events, wherein the method includes:
Determining a time trace of each of the plurality of drift markers identified in the plurality of images, wherein the time trace of each drift marker matches a motion of an object in the image relative to the time-series image. ;
Determining at least one first drift correction of the plurality of drift markers based at least in part on the time trace of at least one of the plurality of drift markers;
Determining a respective time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from the plurality of images, wherein each drift template in the plurality of drift templates is the drift Indicating a geometric relationship between the plurality of geometrically addressable marker sites of a transient event in a template;
Determining a second drift correction based at least in part on the time trace of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates;
Correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction; and outputting a final image based on the corrected plurality of images, A temporary computer-readable medium.
コンピュータであって:
複数の画像を受け取るように構成された入力インターフェイスであって、前記複数の画像のそれぞれが、時系列の画像のフレームを含み、前記時系列の画像が、複数の一時的な事象を捉える、入力インターフェイス;
少なくとも1つのプロセッサであって:
前記複数の画像で特定された複数のドリフトマーカーのそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、各ドリフトマーカーの時間トレースが、前記時系列の画像に対する前記画像における物体の動きに一致する、ステップ;
前記複数のドリフトマーカーの少なくとも1つの前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて前記複数のドリフトマーカーの前記少なくとも1つの第1のドリフト補正を決定するステップ;
前記複数の画像から特定された複数のドリフト鋳型の複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位のそれぞれの時間トレースを決定するステップであって、前記複数のドリフト鋳型における各ドリフト鋳型が、前記ドリフト鋳型における一時的な事象の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位間の幾何学的関係を示す、ステップ;
前記複数のドリフト鋳型の前記複数の幾何学的にアドレス可能なマーカー部位の前記時間トレースに少なくとも部分的に基づいて第2のドリフト補正を決定するステップ;
前記第1のドリフト補正及び前記第2のドリフト補正に少なくとも部分的に基づいて前記複数の画像を補正するステップ;及び
前記補正された複数の画像に基づいて最終画像を出力するステップ
を行うようにプログラムされている、少なくとも1つのプロセッサ;並びに
前記最終画像を出力するように構成された出力インターフェイス
を含む、コンピュータ。
Computer
An input interface configured to receive a plurality of images, wherein each of the plurality of images includes a frame of a time series image, the time series image capturing a plurality of temporary events. Interface;
At least one processor:
Determining a time trace of each of the plurality of drift markers identified in the plurality of images, wherein the time trace of each drift marker matches a motion of an object in the image relative to the time-series image. ;
Determining the at least one first drift correction of the plurality of drift markers based at least in part on the time trace of at least one of the plurality of drift markers;
Determining a respective time trace of a plurality of geometrically addressable marker sites of a plurality of drift templates identified from the plurality of images, wherein each drift template in the plurality of drift templates is the drift Indicating a geometric relationship between the plurality of geometrically addressable marker sites of a transient event in a template;
Determining a second drift correction based at least in part on the time trace of the plurality of geometrically addressable marker sites of the plurality of drift templates;
Correcting the plurality of images based at least in part on the first drift correction and the second drift correction; and outputting a final image based on the corrected plurality of images. A computer comprising: at least one processor programmed; and an output interface configured to output the final image.
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